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EP4453041A1 - Polymère portant des groupes pendants fonctionnels particuliers époxy - Google Patents

Polymère portant des groupes pendants fonctionnels particuliers époxy

Info

Publication number
EP4453041A1
EP4453041A1 EP22840090.9A EP22840090A EP4453041A1 EP 4453041 A1 EP4453041 A1 EP 4453041A1 EP 22840090 A EP22840090 A EP 22840090A EP 4453041 A1 EP4453041 A1 EP 4453041A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
polymer
group
formula
diene
chosen
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP22840090.9A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP4453041B1 (fr
Inventor
François JEAN-BAPTISTE-DIT-DOMINIQUE
Kahina MAMMERI
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
Original Assignee
Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA filed Critical Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
Publication of EP4453041A1 publication Critical patent/EP4453041A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP4453041B1 publication Critical patent/EP4453041B1/fr
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08C—TREATMENT OR CHEMICAL MODIFICATION OF RUBBERS
    • C08C19/00—Chemical modification of rubber
    • C08C19/20—Incorporating sulfur atoms into the molecule
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60C—VEHICLE TYRES; TYRE INFLATION; TYRE CHANGING; CONNECTING VALVES TO INFLATABLE ELASTIC BODIES IN GENERAL; DEVICES OR ARRANGEMENTS RELATED TO TYRES
    • B60C1/00—Tyres characterised by the chemical composition or the physical arrangement or mixture of the composition
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/34—Silicon-containing compounds
    • C08K3/36—Silica
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K5/00—Use of organic ingredients
    • C08K5/0008—Organic ingredients according to more than one of the "one dot" groups of C08K5/01 - C08K5/59
    • C08K5/0025—Crosslinking or vulcanising agents; including accelerators

Definitions

  • the invention relates to a polymer bearing pendant epoxy functional groups, as well as a process for preparing these polymers and their uses in particular for elastomeric compositions, for semi-finished articles for tires and for tires.
  • elastomeric compositions intended for the manufacture of tires
  • manufacturers constantly seek that the filled elastomeric compositions have good mechanical properties, such as reinforcement, and hysteresis that is as low as possible.
  • the reduction in hysteresis of an elastomeric composition is favorable to the reduction in the rolling resistance of a tire and therefore to a reduction in the fuel consumption of a vehicle running with such tires.
  • document WO2019102126A1 discloses a copolymer of styrene and butadiene onto which the oxide functionalizing agent 2,4,6-trimethyl-3-(oxiran-2-ylmethoxy)benzonitrile has been grafted.
  • This elastomer thus grafted makes it possible to obtain an elastomeric composition whose hysteresis properties are improved compared to an elastomeric composition comprising a copolymer of styrene and of non-grafted butadiene. Since fuel savings and the need to protect the environment have become a priority, it has proved necessary to produce tires having as low a rolling resistance as possible, that is to say comprising elastomeric compositions having as low a hysteresis as possible.
  • An object of the present invention is therefore to propose novel polymers exhibiting an improvement in the rolling resistance/stiffness compromise.
  • a first object of the present invention relates to a polymer comprising one or more diene units and carrying along the main polymer chain one or more pendent groups of formula (I) below: in which :
  • - D represents a group attaching to the main polymer chain
  • - Ri represents a chemical group chosen from the group consisting of -OCH3, -OCH2CH3 and -OR3;
  • - R2 represents a chemical group chosen from the group consisting of -OCH3 and -OR3; provided that R1 or R2 is -OR3;
  • R3 represents a chemical group of formula (II) o in which E represents a divalent hydrocarbon group Cl -Cl 2 optionally comprising one or more heteroatoms; o Xi, X2, X3, identical or different, represent a hydrogen atom, a C1-C6 alkyl or a C6-C14 aryl; o the symbol * represents the attachment of the chemical group of formula (II) to the oxygen atom.
  • the pendent groups are randomly distributed along the main polymer chain.
  • the molar ratio of the pendant groups of formula (I) is within a range ranging from 0.05% to 15%, preferably from 0.05% to 10%, more preferably from 0.07 % at 5 %.
  • the polymer is a diene elastomer.
  • the polymer is chosen from the group of elastomers consisting of ethylene-propylene-diene monomer copolymers, butyl rubbers, natural rubber, synthetic polyisoprenes, polybutadienes, butadiene copolymers, isoprene copolymers and mixtures of these elastomers.
  • Ri represents a chemical group chosen from the group consisting of —OCH3 and —OCH2CH3; and R 2 is -OR 3 .
  • E represents a C1-C2 alkanediyl, preferably a C1-CIO alkanediyl, more preferably a C1-C9 alkanediyl, preferably E is chosen from the group consisting of methanediyl, ethanediyl and propanediyl.
  • X1, X2, X3, identical or different are chosen from the group consisting of the hydrogen atom, C1-C6 alkyls and phenyl.
  • X1, X2, X3, which are identical, are a hydrogen atom.
  • the pendant group of formula (I) is the pendant group of formula (Ial)
  • the attachment group D results from the reaction of a nitrile oxide function with a diene unit of the polymer.
  • Another object of the present invention relates to a process for preparing a polymer by modifying an initial diene polymer, said process comprising a step of grafting onto said diene polymer with a compound from which the pendant group of formula (I) is derived. defined above.
  • Another object of the present invention relates to an elastomeric composition based on at least one polymer defined above or on a polymer capable of being obtained by an above process, on at least one reinforcing filler and on at least one crosslinking agent.
  • Another object of the present invention relates to a semi-finished article for a tire comprising at least one polymer defined above, or a polymer capable of being obtained by a process defined above or a composition defined above.
  • Another object of the present invention relates to a tire comprising at least one polymer defined above or a polymer capable of being obtained by a process as described above or comprising at least one elastomeric composition defined above or at least one semi-finished article for the above tire.
  • any interval of values designated by the expression "between a and b" represents the range of values going from more than a to less than b (i.e. limits a and b excluded) while any interval of values denoted by the expression “from a to b” means the range of values going from a to b (that is to say including the strict limits a and b).
  • the compounds mentioned in the description can be of fossil origin or biosourced. In the latter case, they can be, partially or totally, derived from biomass or obtained from renewable raw materials derived from biomass. Obviously, the compounds mentioned can also come from the recycling of materials already used, that is to say can be, partially or totally, from a recycling process, or even obtained from raw materials themselves from a recycling process. This concerns in particular polymers, plasticizers, fillers, etc.
  • composition based on means a composition comprising the mixture and/or the in situ reaction product of the various constituents used, some of these constituents being able to react and/or being intended to react with each other, less partially, during the various phases of manufacture of the composition; the composition thus possibly being in the totally or partially crosslinked state or in the non-crosslinked state.
  • part by weight per hundred parts by weight of elastomer (or phr) is meant within the meaning of the present invention, the part, by mass per hundred parts by mass of elastomer.
  • a “predominant” compound it is meant within the meaning of the present invention that this compound is in the majority among the compounds of the same type in the composition, that is to say that it is the one which represents the greatest amount by mass among compounds of the same type.
  • a majority elastomer is the elastomer representing the greatest mass relative to the total mass of the elastomers in the composition.
  • a so-called majority filler is the one representing the greatest mass among the fillers of the composition.
  • the predominant elastomer represents more than half the mass of the elastomers, preferably more than 51% by mass of the total mass of the elastomers.
  • 1,3-dipolar compound is understood according to the definition given by IUPAC.
  • a 1,3-dipolar compound includes a dipole.
  • hydrocarbon chain means a chain comprising one or more carbon atoms and one or more hydrogen atoms.
  • Ci-Cj alkyl denotes a linear, branched or cyclic hydrocarbon group comprising from i to j carbon atoms; i and j being integers.
  • Ci-Cj aryl denotes an aromatic group comprising from i to j carbon atoms; i and j being integers.
  • Ci-Cj alkanediyl is meant a hydrocarbon group, derived from a Ci-Cj alkane as defined above, in which two hydrogen atoms have been removed. An alkanediyl is therefore a divalent group.
  • rate of pendent groups of formula (I), or of its preferred forms, on an SBR 0.20% molar, this means that there will be 0.20 unit resulting pendant groups of formula (I) (or preferred forms) per 100 constituent units of SBR.
  • the molar content of pendant groups of formula (I) can be determined by conventional methods for analyzing polymers, such as, for example, X H NMR analysis.
  • the polymer of the invention is a polymer comprising one or more diene units and carrying along the main polymer chain one or more pendant groups of formula (I).
  • a polymer generally comprises at least one main polymer chain.
  • This polymer chain can be qualified as main from the moment all the other chains of the polymer are considered as pendant chains as mentioned in the document "Glossary of basic terms in polymer science” (IUPAC recommendations 1996), PAC, 1996, 68 , 2287, p2294.
  • pendant group means a side group of the polymer chain.
  • side group within the meaning of the present invention denotes a substituent which is not an oligomer or a polymer (see also the definition of "Glossary of basic terms in polymer science” (IUPAC recommendations 1996), PAC, 1996, 68, 2287, p2297).
  • polymer comprising one or more diene units means any polymer, natural or synthetic, consisting at least in part (i.e. a homopolymer or a copolymer) of diene monomer units (monomers carrying two carbon-carbon double bonds, conjugated or not). Such a polymer can also be called a diene polymer.
  • iene polymer which can be used in the invention is understood to mean:
  • the other monomer can be ethylene, an olefin or a diene, conjugated or not.
  • Suitable conjugated dienes are conjugated dienes having from 4 to 12 carbon atoms, in particular 1,3-dienes, such as in particular 1,3-butadiene and isoprene.
  • Suitable non-conjugated dienes are non-conjugated dienes having 6 to 12 carbon atoms, such as 1,4-hexadiene, ethylidene norbornene, dicyclopentadiene.
  • Suitable olefins are vinylaromatic compounds having 8 to 20 carbon atoms and aliphatic alpha-monoolefins having 3 to 12 carbon atoms.
  • Suitable vinylaromatic compounds are, for example, styrene, ortho-, meta-, para-methyl styrene, the commercial “vinyl-toluene” mixture, para-tert-butylstyrene.
  • Suitable aliphatic ⁇ -monoolefins are in particular aliphatic acylic ⁇ -monoolefins having from 3 to 18 carbon atoms.
  • the diene polymer is:
  • any homopolymer of a conjugated diene monomer in particular any homopolymer obtained by polymerization of a conjugated diene monomer having from 4 to 12 carbon atoms;
  • the polymer that can be used in the context of the present invention is a diene elastomer.
  • the main polymer chain is of course a main elastomer chain.
  • iene elastomer or rubber
  • elastomer consisting at least in part (i.e., a homopolymer or a copolymer) of diene monomer units (monomers carrying two carbon-carbon double bonds, conjugated or not).
  • diene elastomers can be classified into two categories: “essentially unsaturated” or “essentially saturated”.
  • the term “essentially unsaturated” generally means a diene elastomer resulting at least in part from conjugated diene monomers, having a content of units or units of diene origin (conjugated dienes) which is greater than 15% (% in moles); thus diene elastomers such as butyl rubbers or copolymers of dienes and alpha-olefins of the EPDM type do not fall within the above definition and may in particular be qualified as "essentially saturated” diene elastomers (rate of units of weak or very weak diene origin, always less than 15% (% in moles)).
  • diene elastomer capable of being used in the context of the present invention is meant in particular:
  • the diene elastomer is chosen from the group consisting of ethylene-propylene-diene monomer (EPDM) copolymers, butyl rubbers, natural rubber (NR), synthetic polyisoprenes (IR), polybutadienes (BR ), butadiene copolymers, isoprene copolymers and mixtures of these elastomers.
  • EPDM ethylene-propylene-diene monomer
  • NR natural rubber
  • IR synthetic polyisoprenes
  • BR polybutadienes
  • butadiene copolymers butadiene copolymers
  • isoprene copolymers and mixtures of these elastomers.
  • the diene elastomer is chosen from the group consisting of ethylene-propylene-diene monomer (EPDM) copolymers, natural rubber (NR), synthetic polyisoprenes (IR), polybutadienes (BR), copolymers of butadiene and styrene (SB R), copolymers of ethylene and butadiene (EBR), copolymers of isoprene and butadiene (BIR) or copolymers of isoprene, butadiene and styrene (SBIR), copolymers of isobutene and isoprene (butyl rubber IIR), copolymers of isoprene-styrene (SIR) and mixtures of these elastomers.
  • EPDM ethylene-propylene-diene monomer
  • NR natural rubber
  • IR synthetic polyisoprenes
  • BR polybutadienes
  • SB R copolymers of butadiene and s
  • the diene elastomer is chosen from the group consisting of natural rubber, synthetic polyisoprenes, polybutadienes, butadiene copolymers, isoprene copolymers and mixtures of these elastomers.
  • the diene elastomer is chosen from the group consisting of natural rubber, synthetic polyisoprenes, polybutadienes, copolymers of butadiene and styrene, copolymers of ethylene and butadiene, copolymers of isoprene and butadiene, copolymers of isoprene, butadiene and styrene, copolymers of isobutene and isoprene, copolymers of isoprene and styrene and mixtures of these elastomers.
  • the polymers can have any microstructure that depends on the polymerization conditions used.
  • These polymers, preferably these diene elastomers can for example be block, random, sequenced, microsequenced, and be prepared in emulsion dispersion or in solution. They can be coupled and/or starred, for example by means of a silicon or tin atom which binds the polymer chains together.
  • They are preferably random polymers, more preferably random diene elastomers.
  • the polymer preferably the diene elastomer, of the invention comprising one or more diene units, carries along the main polymer chain one or more pendant groups of the following formula (I): in which :
  • - D represents a group attaching to the main polymer chain
  • - Ri represents a chemical group chosen from the group consisting of -OCH3, -OCH2CH3 and -OR3;
  • - R2 represents a chemical group chosen from the group consisting of -OCH3 and -OR3; provided that R1 or R2 is -OR3;
  • R3 represents a chemical group of formula (II): o in which E represents a divalent hydrocarbon group Cl -Cl 2 optionally comprising one or more heteroatoms; o Xi, X2, X3, identical or different, represent a hydrogen atom, a C1-C6 alkyl or a C6-C14 aryl; o the symbol * represents the attachment of the group of formula (II) to the oxygen atom.
  • said pendant groups of formula (I) are randomly distributed along the main polymer chain.
  • the pendent groups of formula (I) are located in particular elsewhere than at the ends of the main polymer chain.
  • the molar ratio of the pendant groups of formula (I) is within a range ranging from 0.05% to 15%, preferably from 0.05% to 10%, more preferably from 0.07% to 5% .
  • the more particularly preferred pendant groups are those of formula (la) in which : - D represents a group attaching to the main polymer chain;
  • - Ri represents a chemical group chosen from the group consisting of -OCH3 and -OCH2CH3; more preferably Ri represents -OCH3;
  • Xi, X2, X3, identical or different represent a hydrogen atom, a C1-C6 alkyl or a C6-C14 aryl.
  • a set of pendant groups of formula (I) which are particularly preferred are those for which R represents a chemical group chosen from the group consisting of —OCH3 and —OCH2CH3 and R2 is —OR3.
  • these pendant groups are those corresponding to the assembly formed by the compounds of preferred formula (Ia).
  • the condition "R1 or R2 is -OR3" means that if R1 is -OCH3 or -OCH2CH3 then R2 is -OR3; or if R1 is -OR3 then R2 is -OCH3. There is required one (1) (and only 1) -OR3 group in these compounds, either by substituting R1 or by substituting R2.
  • E represents a divalent hydrocarbon-based Cl-Cl 2 group which may optionally contain one or more heteroatom(s).
  • divalent hydrocarbon group is meant within the meaning of the present invention, a spacer group (or a linking group) forming a bridge between the oxygen atom attached to the aromatic ring and the epoxy ring carrying the groups Xi, X2, X3; this spacer group E comprising from 1 to 12 carbon atoms, and possibly containing one or more heteroatom(s) such as for example N, O and S.
  • This spacer group can be a Cl -Cl 2 hydrocarbon chain , preferably saturated, linear or branched, which may optionally contain one or more heteroatom(s) such as, for example, N, O and S. Said hydrocarbon chain may optionally be substituted, provided that the substituents do not react with the group D and the epoxy ring as defined above.
  • E represents a divalent hydrocarbon group in Cl-CIO, preferably in C1-C9, possibly containing one or more heteroatom(s) such as by example N, O and S.
  • E represents a Cl -Cl 2 alkanediyl, preferably a Cl -CIO alkanediyl, more preferentially a C1-C9 alkanediyl. Even more preferentially, E is chosen from the group consisting of methanediyl, ethanediyl and propanediyl.
  • Xi, X2, X3, which are identical or different, are chosen from the group consisting of the hydrogen atom, C1-C6 alkyls and C1-C6 aryls. C6-C14.
  • Xi, X2, X3, which are identical or different, are chosen from the group consisting of the hydrogen atom, C1-C6 alkyls and phenyl.
  • Xi, X2, X3, identical or different are chosen from the group consisting of the hydrogen atom, C1-C3 alkyls and phenyl.
  • Xi, X2, X3, which are identical, represent a hydrogen atom.
  • Xi and X2 represent a hydrogen atom and X3 represents a phenyl.
  • X3 is a hydrogen atom
  • Xi and X2 which are identical or different, represent a hydrogen atom or a methyl
  • the pendant groups of formula (Ia) are particularly preferred: in which :
  • - D represents a group attaching to the main polymer chain
  • - Ri represents a chemical group chosen from the group consisting of -OCH3 and -OCH2CH3; more preferably Ri represents -OCH3; - E represents a divalent hydrocarbon group Cl -Cl 2 optionally comprising one or more heteroatoms; And
  • Xi, X2, X3, identical or different represent a hydrogen atom, a C1-C6 alkyl or a C6-C14 aryl.
  • pendant groups (la) those which are particularly preferred are those for which R represents a chemical group chosen from the group consisting of —OCH3 and —OCH2CH3; E represents a Cl -Cl 2 alkanediyl, preferably a Cl -CIO alkanediyl, more preferably a C1 -C9 alkanediyl and Xi, X2, X3, identical or different, are chosen from the group consisting of the atom of hydrogen, C1-C3 alkyls and phenyl, more preferably an X1, X2, X3, which are identical, are a hydrogen atom.
  • the pendant groups of formula (Ia) which are more particularly preferred are those in which R represents —OCH3; E represents a C1-C12 alkanediyl, preferably a C1-CIO alkanediyl, more preferably a C1-C9 alkanediyl and Xi, X2, X3, identical or different, are chosen from the group consisting of the hydrogen atom , C1-C3 alkyls and phenyl, more preferably one X1, X2, X3, which are identical, are a hydrogen atom.
  • the pendant groups of formula (Ia) which are more particularly preferred are those in which R represents —OCH3; E represents a C1-C9 alkanediyl and Xi, X2, X3, identical, are a hydrogen atom. Even more preferentially, the pendant groups of formula (Ia) which are more particularly preferred are those in which R represents —OCH3; E represents methanediyl, ethanediyl and propanediyl; and Xi, X2, X3, identical, are a hydrogen atom.
  • the pendant group comprises a chemical group designated by the symbol D, this chemical group designating a group of attachment to the main polymer chain.
  • D makes it possible to covalently link the phenyl substituted by R1 and R2 to the main polymer chain.
  • the chemical group D is derived from a chemical group D' which is reactive with respect to a diene unit of the polymer, that is to say reactive with respect to a carbon-carbon double bond diene monomer.
  • These chemical groups D′ are known and can be, for example, a polymerizable vinyl function or a nitrile oxide function.
  • this polymerizable vinyl function is derived from a monomer unit of a vinyl monomer at least substituted by phenyl bearing the substituents Ri and R2 as defined above.
  • the pendant groups of formula (I), preferably the pendant groups of formula (Ia) and (IaI) can then be provided along the polymer chain by radical polymerization of a mixture of monomers comprising at least one monomer 1, 3-diene and at least one vinyl monomer comprising at least one polymerizable vinyl function and at least substituted by phenyl bearing the substituents R1 and R2 as defined above.
  • the chemical group D may result from the reaction of a reactive nitrile oxide function with respect to a diene unit of the polymer.
  • the pendant groups of formula (I), preferably the pendant groups of formula (Ia) and (IaI), can then be provided along the polymer chain by a 1,3-dipolar compound comprising a nitrile oxide function and the phenyl bearing the R1 and R2 substituents as defined above.
  • the polymer of the invention is then obtained by grafting a 1,3-dipolar compound onto at least one carbon-carbon double bond of a diene unit of the polymer.
  • the polymers of the invention preferably diene elastomers, carrying along their main chain one or more pendant groups of formula (I), more preferably one or more pendant groups of formula (Ia), even more preferably one or more pendent groups of formula (Ial), give the elastomeric compositions containing them an improved rolling resistance/rigidity compromise and a significant improvement in the reinforcement properties, compared with compositions of the prior art.
  • a subject of the invention is also a process for preparing a polymer according to the invention by modification of an initial diene polymer, said process comprising a step of grafting onto said initial diene polymer, by a compound from which the group during formula (I), preferably of formula (la), more preferably of formula (la), as defined above.
  • the grafting of the polymer is done by reaction of the initial diene polymer with the reactive group(s) of the chemical function (group D') from which the chemical group D comes, in particular with the nitrile oxide function from which the chemical group D comes. During this reaction, this or these reactive groups form covalent bonds with the polymer chain.
  • the grafting of the compound from which the pendant group of formula (I), of formula (Ia), more preferably of formula (IaI), is obtained by cycloaddition [3+2] of the reactive group(s) of the function whose is derived from the chemical group D and one or more carbon-carbon double bonds from the chain of an initial diene polymer.
  • cycloaddition mechanisms can be found in WO2012007441.
  • the reactive function from which the chemical group D is derived is a nitrile oxide function.
  • the compound from which the pendant group of formula (I) is derived is a 1,3-dipolar compound, the dipole constituting the reactive group of the function reactive with respect to a diene unit of the polymer from which the group D.
  • the compound from which the pendant group of formula (I) is derived is a nitrile oxide of the following formula (III): with Ri and R2 as defined previously for the pendant groups of formula (I), that is to say with:
  • - Ri represents a chemical group chosen from the group consisting of -OCH3, -OCH2CH3 and -OR3;
  • - R2 represents a chemical group chosen from the group consisting of -OCH3 and -OR3; provided that R1 or R2 is -OR3;
  • R3 represents a chemical group of formula (II): o in which E represents a divalent hydrocarbon group Cl -Cl 2 optionally comprising one or more heteroatoms; o Xi, X2, X3, identical or different, represent a hydrogen atom, a C1-C6 alkyl or a C6-C14 aryl; o the symbol * represents the attachment of the chemical group of formula (II) to the oxygen atom.
  • the grafting of the compound of formula (III) from which the pendant group of formula (I) is derived can be carried out in bulk, for example in an extruder, an internal mixer or an external mixer such as a roller mixer.
  • the grafting can then be implemented either at a temperature of the external mixer or of the internal mixer below 60° C., followed by a step of grafting reaction under a press or in an oven at temperatures ranging from 80° C. at 200° C., or at a temperature of the external mixer or of the internal mixer greater than 60° C. without subsequent heat treatment.
  • the grafting process can also be carried out in continuous or discontinuous solution.
  • the polymer thus modified can be separated from its solution by any means known to those skilled in the art and in particular by a steam stripping operation.
  • the initial diene polymer is an initial diene elastomer, in particular as described above including in the preferred embodiments of these elastomers.
  • the compound from which this pendant group is derived is a 1,3-dipolar compound of corresponding formula (Ilia), namely: with Ri, Xi, X2, X3, and E as defined previously for the pendent groups of formula (III), that is to say with:
  • - Ri represents a chemical group chosen from the group consisting of -OCH3 and -OCH2CH3; more preferably Ri represents -OCH3;
  • Xi, X2, X3, identical or different represent a hydrogen atom, a C1-C6 alkyl or a C6-C14 aryl.
  • the compound from which this pendant group is derived is a 1,3-dipolar compound of corresponding formula (Illal), namely:
  • the 1,3-dipolar compounds of formula (III) and its preferred modes of formula (Ilia) and (IIIa) can be obtained in particular by a preparation process comprising at least one reaction (d) of a compound of formula (IV ) with an oxidizing agent in the presence of at least one organic solvent SL1 according to the following reaction scheme to give the compound of formula (III): with :
  • Ri represents a chemical group chosen from the group consisting of -OCH3, -OCH2CH3, and -OR3;
  • R2 represents a chemical group chosen from the group consisting of -OCH3 and -OR 3 ; provided that R1 or R2 is -OR3;
  • R3 represents a chemical group of formula (II) o in which E represents a divalent hydrocarbon group Cl -Cl 2 optionally comprising one or more heteroatoms; o Xi, X2, X3, identical or different, represent a hydrogen atom, a C1-C6 alkyl or a C6-C14 aryl; o the symbol * represents the attachment of the group of formula (II) to the oxygen atom.
  • said oxidizing agent is chosen from sodium hypochlorite, N-bromosuccinimide in the presence of a base, N-chlorosuccinimide in the presence of a base, and hydrogen peroxide in the presence of a catalyst. More preferably, the oxidizing agent is chosen from the group consisting of sodium hypochlorite and N-bromosuccinimide in the presence or absence of a base.
  • the base can be triethylamine. More preferably still, the oxidizing agent is sodium hypochlorite.
  • the quantity of oxidizing agent is from 1 to 5 molar equivalents, preferentially from 1 to 2 molar equivalents with respect to the molar quantity of the compound of formula (IV).
  • the organic solvent SL1 is chosen from chlorinated solvents and solvents of the ester, ether and alcohol type, more preferably chosen from dichloromethane, trichloromethane, ethyl acetate, butyl acetate, diethyl ether , isopropanol and ethanol, even more preferably is chosen from ethyl acetate, trichloromethane, dichloromethane and butyl acetate.
  • the compound of formula (IV) represents from 1 to 30% by weight, preferably from 1 to 20% by weight, relative to the total weight of the assembly comprising said compound of formula (IV), said organic solvent SL1 and said oxidizing agent.
  • the process of the invention comprises, after reaction (d), a step for recovering the compound of formula (III).
  • the compound of formula (IV) can in particular be obtained from a preparation process comprising at least one reaction (c) of a compound of formula (V) with hydroxylamine NH2OH according to the following reaction scheme: with :
  • - Ri represents a chemical group chosen from the group consisting of -OCH3, -OCH2CH3, and -OR3;
  • - R2 represents a chemical group chosen from the group consisting of -OCH3 and -OR 3 ; provided that R1 or R2 is -OR3;
  • R3 represents a chemical group of formula (II): o in which E represents a divalent hydrocarbon group Cl -Cl 2 optionally comprising one or more heteroatoms; o Xi, X2, X3, identical or different, represent a hydrogen atom, a C1-C6 alkyl or a C6-C14 aryl; o the symbol * represents the attachment of the group of formula (II) to the oxygen atom.
  • the preferred modes of Ri, R2, E, Xi, X2 and X3 as described above, also apply to the processes for the preparation of a compound of formula (IV) from a compound of formula (V) .
  • step (c) the addition of hydroxylamine in step (c) is carried out at a temperature ranging from 1°C to 100°C, more preferably between 20°C and 70°C.
  • the hydroxylamine is added either in solution in water or in the form of a salt.
  • the hydroxylamine may be selected from the group consisting of hydroxylamine sulphate, hydroxylamine chloride and mixtures thereof.
  • a base can preferably be added to the reaction medium.
  • a base mention may be made of sodium acetate or triethylamine.
  • the amount of base added may be within a range ranging from 1 to 2 molar equivalents relative to the hydroxylamine generated, preferably from 1 to 1.2 molar equivalents relative to the hydroxylamine generated.
  • generated hydroxylamine is meant the cation (NH3 + OH) of the hydroxylamine salt which is released when said salt is brought into contact with water.
  • a base When a base is used, said base is mixed with the hydroxylamine salt, then the whole is dissolved in water.
  • the hydroxylamine is brought into contact with the compound of formula (Ic) in the form of a hydroxylamine salt in the presence of a base, such as sodium acetate or triethylamine.
  • the process of the invention comprises, after reaction (c), a step for recovering the compound of formula (IV).
  • the compound of formula (V) can be obtained by a preparation process comprising at least one reaction (b) of the compound of formula (VI) with a compound of formula (VII) in the presence of at least one phase transfer agent and at a temperature ranging from 10° C. to 120° C., preferably from 20° C. to 100° C., according to the following reaction scheme:
  • o R4 represents a chemical group chosen from the group consisting of -OCH3, -OCH2CH3 and -OH
  • o R5 represents a chemical group chosen from the group consisting of -OCH3 and -OH
  • o E represents a divalent Cl-Cl 2 hydrocarbon group optionally comprising one or more heteroatoms
  • o Xi, X2, X3, identical or different represent a hydrogen atom, a C1-C6 alkyl or a C6-C14 aryl
  • o Z represents a nucleofuge group; with for the compound of formula (V): R1 and R2 as defined above.
  • nucleofuge group means a leaving group.
  • the group Z can be selected from chlorine, bromine, iodine, fluorine, the mesylate group, the tosylate group, the acetate group, and the trifluoromethylsulfonate group.
  • Z is bromine or chlorine.
  • the phase transfer agent can be chosen from phosphonium salts, ammonium salts and mixtures thereof.
  • the phase transfer agent is tetrabutylammonium bromide.
  • the molar quantity of phase transfer agent is from 0.01 to 1 molar equivalents, preferably from 0.05 to 0.5 molar equivalents relative to the molar quantity of compound of formula (VI).
  • the process of the invention comprises, after reaction (b), a step for recovering the compound of formula (V).
  • the compounds of formula (VII) as defined above are commercially available from suppliers such as Sigma-Aldrich, Merk, etc. They can be obtained by chemical synthesis, or in the case of vanillin by extraction from the vanilla pod or in the case of iso-vanillin by extraction from cassava, or even from fermentation by microorganisms, in particular by fermentation from ferulic acid.
  • the compounds of formula (VI) may be commercially available or may be obtained by epoxidation of the corresponding haloalkene of formula (VIII) according to the reaction scheme below.
  • the synthesis of a compound comprising an epoxide ring from its corresponding alkene is well known.
  • this epoxidation can be carried out in the presence of peracid such as metachloroperbenzoic acid, peracetic acid, performic acid.
  • Another well-known technique is the use of dimethyldioxirane.
  • the compounds of formula (VIII) are commercially available from suppliers such as Sigma Aldrich, ABCR.
  • a subject of the invention is also an elastomeric composition based on at least one polymer of the invention, that is to say on at least one diene polymer comprising one or more pendant groups of formula (I), preferably one or more pendant groups of formula (Ia), more preferably still one or more pendant groups of formula (Ia), of at least one reinforcing filler and of at least one chemical crosslinking agent.
  • the polymer of the invention that can be used in the composition is a diene elastomer. More preferably still, the polymer is chosen from the group of elastomers consisting of ethylene-propylene-diene monomer copolymers, butyl rubbers, natural rubber, synthetic polyisoprenes, polybutadienes, butadiene copolymers, isoprene copolymers and mixtures of these elastomers.
  • the polymer(s) of the invention can be used in combination with any type of synthetic elastomer other than diene, or even with polymers other than elastomers such as, for example, thermoplastic polymers.
  • the diene polymer comprising at least one pendent group of formula (I) is the majority polymer in the elastomeric composition. It will be noted that the improvement in the properties of the elastomeric composition according to the invention will be all the greater, the lower the proportion of said additional polymer(s) in the elastomeric composition according to the invention.
  • another component of the elastomeric composition according to the invention is a reinforcing filler.
  • reinforcing filler known for its ability to reinforce an elastomeric composition that can be used in particular for the manufacture of tires, for example an organic filler such as carbon black, a reinforcing inorganic filler such as silica or else a mixture of these two types of fillers.
  • an organic filler such as carbon black
  • a reinforcing inorganic filler such as silica
  • a coupling agent will be associated with it in known manner.
  • the reinforcing filler is chosen from carbon black, a reinforcing inorganic filler, preferably a silica, and mixtures thereof.
  • Suitable carbon blacks are all carbon blacks, in particular the blacks conventionally used in tires or their treads. Among the latter, mention will be made more particularly of the reinforcing carbon blacks of the 100, 200, 300 series, or the blacks of the 500, 600 or 700 series (ASTM D-1765-2017 grades), such as for example the blacks NI 15, N134 , N234, N326, N330, N339, N347, N375, N550, N683, N772).
  • reinforcing inorganic filler should be understood here any inorganic or mineral filler, whatever its color and origin (natural or synthetic), also called “white” filler, “clear” filler or even “non-black” filler. as opposed to carbon black, capable of reinforcing on its own, with no other means than an intermediate coupling agent, an elastomeric composition intended for the manufacture of tires.
  • certain reinforcing inorganic fillers can be characterized in particular by the presence of hydroxyl (—OH) groups at their surface.
  • Suitable reinforcing inorganic fillers are in particular mineral fillers of the siliceous type, preferably silica (SiCh) or of the aluminous type, in particular alumina (Al2O3).
  • the silica used can be any reinforcing silica known to those skilled in the art, in particular any precipitated or fumed silica having a BET specific surface area as well as a CTAB specific surface area, both of which are less than 450 m 2 /g, preferably comprised in a range ranging from 30 to 400 m 2 /g.
  • Non-HDS silica the following commercial silicas can be used: “Ultrasil ® VN2GR” and “Ultrasil ® VN3GR” silicas from Evonik, “Zeosil® 175GR” silica from Solvay, “Hi -Sil EZ120G(-D)", “Hi-Sil EZ160G(-D)”, “Hi-Sil EZ200G(-D)”, “Hi-Sil 243LD”, “Hi-Sil 210", “Hi-Sil HDP 320G” from PPG.
  • the BET specific surface area for the inorganic filler is determined by gas adsorption using the Brunauer-Emmett-Teller method described in "The Journal of the American Chemical Society”. (Vol. 60, page 309, February 1938), and more specifically according to a method adapted from standard NF ISO 5794-1, appendix E of June 2010 [multipoint volumetric method (5 points) - gas: nitrogen - vacuum degassing: one hour at 160°C - range of relative pressure p/po: 0.05 to 0.17],
  • the CTAB specific surface values were determined according to standard NF ISO 5794-1, appendix G of June 2010. The process is based on the adsorption of CTAB (N-hexadecyl-N,N,N-trimethylammonium bromide) on the “external” surface of the reinforcing filler.
  • an at least bifunctional coupling agent intended to ensure a sufficient connection, of a chemical and/or physical nature, between the inorganic filler ( surface of its particles) and the diene elastomer.
  • polysulfurized organosilanes such as bis(3-triethoxysilylpropyl) tetrasulfide, abbreviated as TESPT marketed under the name "Si69” by the company Evonik or bis disulfide - (triethoxysilylpropyl), abbreviated as TESPD marketed under the name "Si75” by the company Evonik, polyorganosiloxanes, mercaptosilanes, blocked mercaptosilanes, such as S-(3-(triethoxysilyl)propyl)octanethioate marketed by the company Momentive under the name “NXT Silane”. More preferably, the organosilane is a polysulphide organosilane.
  • the reinforcing filler mainly comprises at least one silica.
  • Another component of the elastomeric composition according to the invention is a crosslinking agent.
  • the crosslinking agent allows the formation of covalent bonds between the elastomer chains, which gives them elastic properties.
  • the crosslinking agent can be any type of system known to those skilled in the art in the field of elastomeric compositions for tires. It may in particular be based on sulfur or based on peroxides.
  • the crosslinking agent is sulphur-based, in which case we speak of a vulcanization system.
  • the sulfur can be provided in any form, in particular in the form of molecular sulfur, or of a sulfur-donating agent.
  • At least one vulcanization accelerator is also preferentially present, and, optionally, also preferentially, various known vulcanization activators such as zinc oxide, stearic acid or equivalent compound such as stearic acid salts and salts can be used. of transition metals, guanidine derivatives (in particular diphenylguanidine), or alternatively known vulcanization retarders.
  • the elastomeric compositions in accordance with the invention may also comprise all or part of the usual additives and processing agents, known to those skilled in the art and usually used in elastomeric compositions in particular for tires, in particular treads , such as for example plasticizers (such as plasticizing oils and/or plasticizing resins), non-reinforcing fillers, pigments, protective agents such as anti-ozone waxes, chemical anti-ozonants, antioxidants, agents anti-fatigue, reinforcing resins (as described for example in application WO 02/10269).
  • plasticizers such as plasticizing oils and/or plasticizing resins
  • non-reinforcing fillers such as for example plasticizers, non-reinforcing fillers, pigments, protective agents such as anti-ozone waxes, chemical anti-ozonants, antioxidants, agents anti-fatigue, reinforcing resins (as described for example in application WO 02/10269).
  • the elastomeric compositions are manufactured in suitable mixer
  • thermomechanical mixing carried out at a maximum temperature comprised in a range ranging from 110°C to 200°C, preferably from 130°C to 185°C, for a period generally included in a range from 2 to 10 minutes,
  • a second phase of mechanical work (so-called "productive" phase), which is carried out in an external mixer such as a roller mixer, after cooling the mixture obtained during the first non-productive phase to a lower temperature, typically less than 120°C, for example in a range ranging from 40°C to 100°C.
  • the crosslinking agent is then incorporated, and the whole is mixed for a few minutes, for example in a range ranging from 5 to 15 min.
  • the final elastomeric composition thus obtained can then be calendered, for example in the form of a sheet or a plate, in particular for characterization, or even extruded in the form of a profile of rubber usable as a semi-finished article for tyres.
  • Another object of the present invention is a semi-finished article for a tire comprising at least one polymer of the invention as described above, including its preferred forms, or capable of being obtained according to the process described above. or at least one elastomeric composition as defined above.
  • the semi-finished article for a tire is a tread for a tire.
  • a subject of the invention is also a tire comprising at least one polymer of the invention as described above, including its preferred forms, or capable of being obtained according to the method described above or at least one elastomeric composition according to the invention as defined above or at least one semi-finished article for a tire as described above.
  • the tire according to the invention may be chosen from tires intended to be fitted to a two-wheeled vehicle, a passenger vehicle, or even a so-called “heavyweight” vehicle (that is to say metro, bus, vehicles off-road, road transport vehicles such as trucks, tractors, trailers), or aircraft, civil engineering, agricultural or handling machinery.
  • a so-called “heavyweight” vehicle that is to say metro, bus, vehicles off-road, road transport vehicles such as trucks, tractors, trailers
  • aircraft civil engineering, agricultural or handling machinery.
  • SEC Size Exclusion Chromatography
  • the apparatus used is a “WATERS alliance” chromatograph.
  • the eluting solvent is the following mixture: tetrahydrofuran+1% vol. of diisopropylamine + 1% vol. triethylamine
  • the injected volume of the elastomer sample solution is 100 pL.
  • the detector is a "WATERS 2410" differential refractometer with a wavelength of 810 nm.
  • the chromatographic data processing software is the "WATERS EM POWER” system.
  • the average molar masses calculated relate to a calibration curve produced from “PSS READY CAL-KIT” commercial polystyrene standards.
  • the structural analysis as well as the determination of the molar purities of the synthetic molecules are carried out by an NMR analysis.
  • the spectra are acquired on an “Avance 3400 MHz BRUKER” spectrometer equipped with a “broadband BBFO-zgrad 5 mm” probe.
  • the quantitative 'H NMR experiment uses a single 30° pulse sequence and a repetition delay of 3 seconds between each of the 64 acquisitions.
  • the samples are solubilized in a deuterated solvent, deuterated dimethyl sulfoxide (DMSO) unless otherwise indicated.
  • DMSO deuterated dimethyl sulfoxide
  • the deuterated solvent is also used for the "lock" signal.
  • the calibration is carried out on the proton signal of deuterated DMSO at 2.44 ppm compared to a TMS reference at 0 ppm.
  • the 'H NMR spectrum coupled with 2D HSQC ⁇ C and HMBC ⁇ C experiments allow the structural determination of molecules (see attribution tables).
  • the molar quantifications are carried out from the quantitative 1D 'H NMR spectrum.
  • the mass spectrometry analysis is carried out by direct injection by an electrospray ionization mode (ID/ESI).
  • ID/ESI electrospray ionization mode
  • the analyzes were carried out on a Bruker HCT spectrometer (flow rate 600 pL/min, nebulizer gas pressure 10 psi, nebulizer gas flow rate 4 L/min).
  • the determination of the molar content of the compounds grafted onto the diene elastomers is carried out by an NMR analysis.
  • the spectra are acquired on a “500 MHz BRUKER” spectrometer equipped with a “CryoProbe BBFO-zgrad-5 mm”.
  • the quantitative 'H NMR experiment uses a simple 30° pulse sequence and a repetition delay of 5 seconds between each acquisition.
  • the samples are solubilized in deuterated chloroform (CDCh) in order to obtain a “lock” signal.
  • 2D NMR experiments made it possible to verify the nature of the grafted motif thanks to the chemical shifts of the carbon and proton atoms. 1.4. Dynamic properties of elastomeric compositions
  • the dynamic properties G* and tan( ⁇ )max are measured on a viscoanalyzer (Metravib VA4000), according to standard ASTM D5992-96.
  • the response of a sample of vulcanized composition (cylindrical specimen 4 mm thick and 400 mm 2 in section) subjected to a sinusoidal stress in simple alternating shear, at a frequency of 10 Hz, at a temperature of 60°C.
  • a deformation amplitude sweep is performed from 0.1% to 100% peak-peak (outward cycle) then from 100% to 0.1% peak-peak (return cycle).
  • the results used are the complex dynamic shear modulus G* at 50% strain (G*so% back), the dynamic loss factor tan( ⁇ ) at 60°C.
  • the value of the complex dynamic shear modulus G* at 50% deformation is recorded, note G*50% return to 60°C and the maximum value of the dynamic loss factor tan(ô) observed, noted tan( ⁇ )max at 60°C-
  • the value in base 100 for the sample to be tested is calculated according to the operation: (value of tan(ô) max at ⁇ O°C of the sample to be tested/value of tan( ⁇ ) ma x at ⁇ 0°C of the control) x 100.
  • a result below 100 indicates a decrease in hysteresis which corresponds to an improvement in rolling resistance performance.
  • the value in base 100 for 1 sample to be tested is calculated according to the operation: (value of G*5o% return to ⁇ O°C of the sample to be tested/value of G *5o%return to ⁇ O°C of the control) x 100.
  • a result greater than 100 indicates an improvement in the complex dynamic shear modulus G*50%return to 60°C, which corroborates an improvement in the rigidity of the material.
  • the MSA300/MSA100 ratio is the reinforcement index.
  • the value in base 100 for the sample to be tested is calculated according to the operation: (value of MSA300/MSA100 of the sample to be tested/value of MSA300/MSA100 of the control) x 100. In this way, a result greater than 100 indicates an improvement in the reinforcement index.
  • the vanillin comes from the Sigma-Aldrich company which markets it under the reference "W310700-1KG”.
  • Tetrabutylammonium bromide (4.24g; 13.15 mmol or 0.1 eq.).
  • the reaction medium is then stirred for 60-70 minutes at a temperature of 90° C.
  • the reaction mixture is diluted with ethyl acetate (150 ml ), washed with brine (3 x 75 ml) and finally with distilled water (75 ml).
  • T bath 50° C; 13 mbar
  • the oil obtained is triturated with alcohol iced isopropyl (i-PrOH) (50 ml) allowing rapid crystallization.
  • the precipitate is filtered and washed with ice-cold i-PrOH (3 ⁇ 35 ml); then air-dried.
  • Step 2 Synthesis of the oxime 3-methoxy-4-(oxiran-2-ylmethoxy)benzaldehyde To a suspension of 3-methoxy-4-(oxiran-2-ylmethoxy)benzaldehyde (4.253g; 20.43 mmol) in ethanol (100 ml), is added at room temperature (23 ° C) a solution of acetate sodium (2.51 g; 30.6 mmol or 1.5 eq.) and hydroxylamine hydrochloride (2.129 g; 30.6 mmol or 1.5 eq.) in distilled water (100 ml). After complete solubilization in 40-50 seconds, a slight exothermicity is observed within the reaction medium. A new precipitate forms within minutes.
  • the reaction mixture is then stirred at room temperature for 90 minutes. Then, crushed ice (100 g) is added and the medium is kept under stirring until the crushed ice has completely melted. The precipitate is finally filtered, washed with an excess of water and air-dried.
  • the mixture is homogenized fifteen times on this tool, then shaped into plates before undergoing a heat treatment at 100°C for 10 min under a press at 10 bars. depression.
  • 1 H NMR analysis made it possible to determine a molar grafting rate of 0.150 mol% with a molar grafting yield of 50%.
  • composition C3 elastomeric composition
  • composition T1 a control elastomeric composition
  • composition C2 two comparative elastomeric compositions
  • the elastomeric compositions T1, C1 to C3 are prepared in the following manner: an 85 cm 3 "Polylab" internal mixer, filled to 70% and whose initial tank temperature is approximately 100° C., is introduced into the rubber natural rubber modified with compound B or modified with compound C or modified with compound A or unmodified natural rubber. Then, for each of the elastomeric compositions, the reinforcing filler(s), the filler coupling agent with the diene elastomer are introduced, then after one to two minutes of mixing, the various other ingredients with the exception of the vulcanization. Thermomechanical work is then carried out (non-productive phase) in one step, which lasts a total of around 5 to 6 minutes, until a maximum drop temperature of 160°C is reached.
  • the mixture thus obtained is recovered, cooled and then the vulcanization system (sulfur and the sulfenamide-type accelerator) is added to an external mixer (homo-finisher) at 25° C., while mixing the whole (productive phase) for about 5 to 6 minutes.
  • vulcanization system sulfur and the sulfenamide-type accelerator
  • the elastomeric compositions thus obtained are then calendered in the form of plates (thickness of 2 to 3 mm) for the measurement of their physical or mechanical properties.
  • the rubber properties of these compositions are measured after curing at 150° C. for 30 minutes. The results obtained are shown in Table 8.
  • the elastomeric composition of the invention C3 simultaneously exhibits, compared to the control elastomeric compositions T1 and comparative C1 and C2, a significant improvement in the reinforcement index (MA300/M100) and an improvement in the rolling resistance/stiffness performance compromise. (decrease in tan( ⁇ ) ma x at 6o c° and increase in G* 50% back to 60°c).
  • composition C6 a synthetic polyisoprene modified with compound A
  • composition T2 a control elastomeric composition
  • composition C4 and C5 two comparative elastomeric compositions
  • the elastomeric compositions T2, C4 to C6 are prepared according to the process described above for the elastomeric compositions T1, C1 to C3.
  • the elastomeric composition of the invention C6 simultaneously exhibits, compared to the control T2 and comparative elastomeric compositions C4 and C5, a significant improvement in the reinforcement index (MA300/M100) and an improvement in the rolling resistance/stiffness performance compromise ( decrease in tan(ô) ma x at ⁇ O c° and increase in G* 50% back to 60°c).

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Abstract

L'invention concerne un polymère comprenant une ou plusieurs unités diéniques et portant le long de la chaîne polymère principale un ou plusieurs groupes pendants de formule (I), dans laquelle : - D représente un groupe de rattachement à la chaîne polymère principale; - R1 représente un groupement chimique choisi dans le groupe constitué par -OCH3, -OCH2CH3 et -OR3; - R2 représente un groupement chimique choisi dans le groupe constitué par -OCH3 et -OR3; - à la condition que R1 ou R2 soit -OR3; - R3 représente un groupe chimique de formule (II), o dans laquelle E représente un groupe hydrocarboné divalent en C1-C12 comprenant éventuellement un ou plusieurs hétéroatomes; o X1, X2, X3, identiques ou différents, représentent un atome d'hydrogène, un alkyle en C1-C6 ou un aryle en C6-C14, o le symbole * représente le rattachement du groupement chimique de formule (II) à l'atome d'oxygène. L'invention concerne également une composition comprenant au moins un tel polymère, un article semi-fini pour pneumatique ou un pneumatique comprenant au moins un tel polymère ou une telle composition.

Description

Polymère portant des groupes pendants fonctionnels particuliers époxy.
L’invention concerne un polymère portant des groupes pendants fonctionnels époxy, ainsi qu’un procédé de préparation ces polymères et leurs utilisations notamment pour des compositions élastomériques, pour des articles semi-finis pour pneumatiques et pour des pneumatiques.
Dans le domaine industriel, des mélanges de polymères avec des charges sont souvent utilisés. Pour que de tels mélanges présentent de bonnes propriétés, on recherche toujours des moyens pour améliorer la dispersion des charges au sein des polymères.
En particulier, pour des compositions élastomériques destinées à la fabrication de pneumatiques, les manufacturiers recherchent en permanence que les compositions élastomériques chargées possèdent de bonnes propriétés mécaniques, telles que le renforcement, et une hystérèse aussi faible que possible. En effet, la baisse d’hystérèse d’une composition élastomérique est favorable à la diminution de la résistance au roulement d’un pneumatique et donc à une baisse de la consommation du carburant d’un véhicule roulant avec de tels pneumatiques.
On sait, que d’une manière générale, pour obtenir les propriétés de renforcement optimales conférées par une charge renforçante, il convient que cette dernière soit présente dans la matrice élastomérique sous forme finale qui soit à la fois la plus finement divisée possible et répartie de la façon la plus homogène possible.
De nombreuses solutions ont déjà été expérimentées pour atteindre une bonne dispersion de la charge renforçante dans une composition élastomérique et pour obtenir des compositions de caoutchouc présentant de bonnes propriétés de renforcement.
En particulier, on peut citer l’utilisation, dans une composition élastomérique, de polymères dont la structure a été modifiée au moyen d'agents de fonctionnalisation, de couplage ou d'étoilage dans le but d'obtenir une bonne interaction entre le polymère ainsi modifié et la charge renforçante, qu'il s'agisse du noir de carbone ou d'une charge inorganique renforçante.
Par exemple, on connaît du document W02019102126A1 un copolymère de styrène et de butadiène sur lequel a été greffé l’agent de fonctionnalisation oxyde 2,4,6-triméthyl-3-(oxiran- 2-ylméthoxy)benzonitrile. Cet élastomère ainsi greffé permet d’obtenir une composition élastomérique dont les propriétés d’hystérèse sont améliorées par rapport à une composition élastomérique comprenant un copolymère de styrène et de butadiène non greffé. Depuis que les économies de carburant et la nécessité de protéger l'environnement sont devenues une priorité, il s'est avéré nécessaire de produire des pneumatiques ayant une résistance au roulement aussi faible que possible, c’est-à-dire comprenant des compositions élastomériques ayant une hystérèse aussi faible que possible.
L’obtention d’une composition élastomérique présentant une hystérèse aussi faible que possible, tout en conservant un bon niveau de performances pour les autres propriétés, telles que le renforcement et la rigidité, est un défi permanent pour les manufacturiers de pneumatiques. En effet, il est connu qu’une diminution de l’hystérèse des compositions élastomériques s’accompagne d’une diminution de la rigidité à cuit. Or, une bande de roulement doit être suffisamment rigide pour assurer un bon niveau de comportement routier du pneumatique.
Il existe donc un besoin constant de disposer de polymères présentant des propriétés d’hystérèse davantage améliorées par rapport aux polymères de l’art antérieur sans que cette amélioration se fasse au détriment des propriétés de rigidité.
Un but de la présente invention est donc de proposer de nouveaux polymères présentant une amélioration du compromis résistance au roulement/ rigidité.
Poursuivant ses recherches, le Demandeur a découvert de manière surprenante que la présence de groupes pendant fonctionnels particuliers dans des polymères, une fois incorporés dans des compositions élastomériques, utilisables notamment pour la fabrication de pneumatiques, conduisait à l’obtention d’un compromis résistance au roulement/rigidité améliorés par rapport à des polymères de l’art antérieur incorporés dans des compositions élastomériques.
Ainsi, un premier objet de la présente invention concerne un polymère comprenant une ou plusieurs unités diéniques et portant le long de la chaîne polymère principale un ou plusieurs groupes pendants de formule (I) suivante : dans laquelle :
- D représente un groupe de rattachement à la chaîne polymère principale ;
- Ri représente un groupement chimique choisi dans le groupe constitué par -OCH3, -OCH2CH3 et -OR3; - R2 représente un groupement chimique choisi dans le groupe constitué par -OCH3 et -OR3; à la condition que Ri ou R2 soit -OR3 ;
- R3 représente un groupement chimique de formule (II) o dans laquelle E représente un groupe hydrocarboné divalent en Cl -Cl 2 comprenant éventuellement un ou plusieurs hétéroatomes ; o Xi, X2, X3, identiques ou différents, représentent un atome d’hydrogène, un alkyle en C1-C6 ou un aryle en C6-C14 ; o le symbole * représente le rattachement du groupement chimique de formule (II) à l’atome d’oxygène.
Préférentiellement, les groupes pendants sont répartis le long de la chaîne polymère principale de façon aléatoire.
Préférentiellement, dans le polymère, le taux de molaire des groupes pendants de formule (I) est compris dans un domaine allant de 0,05 % à 15 %, de préférence de 0,05 % à 10 %, plus préférentiellement de 0,07 % à 5 %.
Préférentiellement, le polymère est un élastomère diénique.
Préférentiellement, le polymère est choisi dans le groupe des élastomères constitué par les copolymères d’éthylène-propylène-monomère diène, les caoutchoucs butyle, le caoutchouc naturel, les polyisoprènes de synthèse, les polybutadiènes, les copolymères de butadiène, les copolymères d’isoprène et les mélanges de ces élastomères.
Préférentiellement, Ri représente un groupement chimique choisi dans le groupe constitué par -OCH3 et -OCH2CH3 ; et R2 est -OR3.
Préférentiellement, E représente un alcanediyle en Cl -Cl 2, de préférence un alcanediyle en Cl -CIO, plus préférentiellement un alcanediyle en C1-C9, de préférence E est choisi dans le groupe constitué par le méthanediyle, l’éthanediyle et le propanediyle.
Préférentiellement, Xi, X2, X3, identiques ou différents, sont choisis dans le groupe constitué par l’atome d’hydrogène, les alkyles en CI-CÔ et le phényle. Préférentiellement, Xi, X2, X3, identiques, sont un atome d’hydrogène.
Préférentiellement, le groupe pendant de formule (I) est le groupe pendant de formule (lal)
Préférentiellement, le groupe de rattachement D résulte de la réaction d’une fonction oxyde de nitrile avec une unité diénique du polymère.
Un autre objet de la présente invention concerne un procédé de préparation d’un polymère par modification d’un polymère diénique initial, ledit procédé comprenant une étape de greffage sur ledit polymère diénique par un composé dont est issu le groupe pendant de formule (I) défini ci-dessus.
Un autre objet de la présente invention concerne une composition élastomérique à base d’au moins un polymère défini ci-dessus ou d’un polymère susceptible d’être obtenu par un procédé ci-dessus, d’au moins une charge renforçante et d’au moins un agent de réticulation.
Un autre objet de la présente invention concerne un article semi-fini pour pneumatique comprenant au moins un polymère défini ci-dessus, ou d’un polymère susceptible d’être obtenu par un procédé défini ci-dessus ou une composition définie ci-dessus.
Un autre objet de la présente invention concerne un pneumatique comprenant au moins un polymère défini ci-dessus ou d’un polymère susceptible d’être obtenu par un procédé tel que décrit ci-dessus ou comprenant au moins une composition élastomérique définie ci-dessus ou au moins un article semi-fini pour pneumatique ci-dessus.
L’invention ainsi que ses avantages seront aisément compris à la lumière de la description et des exemples de réalisation qui suivent.
Dans la présente, sauf indication expresse différente, tous les pourcentages (%) indiqués sont des pourcentages (%) en masse. D'autre part, tout intervalle de valeurs désigné par l'expression « entre a et b » représente le domaine de valeurs allant de plus de a à moins de b (c’est-à-dire bornes a et b exclues) tandis que tout intervalle de valeurs désigné par l'expression « de a à b » signifie le domaine de valeurs allant de a jusqu'à b (c’est-à-dire incluant les bornes strictes a et b).
Les composés mentionnés dans la description peuvent être d'origine fossile ou biosourcés. Dans ce dernier cas, ils peuvent être, partiellement ou totalement, issus de la biomasse ou obtenus à partir de matières premières renouvelables issues de la biomasse. Evidemment, les composés mentionnés peuvent également provenir du recyclage de matériaux déjà utilisés, c’est-à-dire peuvent être, partiellement ou totalement, issus d’un procédé de recyclage, ou encore obtenus à partir de matières premières elles-mêmes issues d’un procédé de recyclage. Sont concernés notamment les polymères, les plastifiants, les charges, etc.
Par l'expression « composition à base de », il faut entendre une composition comportant le mélange et/ou le produit de réaction in situ des différents constituants utilisés, certains de ces constituants pouvant réagir et/ou étant destinés à réagir entre eux, au moins partiellement, lors des différentes phases de fabrication de la composition ; la composition pouvant ainsi être à l’état totalement ou partiellement réticulé ou à l’état non-réticulé.
Par l’expression « partie en poids pour cent parties en poids d’élastomère » (ou pce), il faut entendre au sens de la présente invention, la partie, en masse pour cent parties en masse d’élastomère.
Lorsqu’on fait référence à un composé « majoritaire », on entend au sens de la présente invention, que ce composé est majoritaire parmi les composés du même type dans la composition, c’est-à-dire que c’est celui qui représente la plus grande quantité en masse parmi les composés du même type. Ainsi, par exemple, un élastomère majoritaire est l’élastomère représentant la plus grande masse par rapport à la masse totale des élastomères dans la composition. De la même manière, une charge dite majoritaire est celle représentant la plus grande masse parmi les charges de la composition. À titre d’exemple, dans un système comprenant un seul élastomère, celui-ci est majoritaire au sens de la présente invention ; et dans un système comprenant deux élastomères, l’élastomère majoritaire représente plus de la moitié de la masse des élastomères, de préférence plus de 51 % en masse de la masse totale des élastomères.
Le terme composé 1,3-dipolaire est compris selon la définition donnée par IUPAC. Par définition, un composé 1,3-dipolaire comprend un dipôle. On entend au sens de la présente invention par « chaîne hydrocarbonée », une chaîne comprenant un ou plusieurs atomes de carbone et un ou plusieurs atomes d’hydrogène.
L’expression « alkyle en Ci-Cj » désigne un groupe hydrocarboné linéaire, ramifié ou cyclique comprenant de i à j atomes de carbone ; i et j étant des nombres entiers.
L’expression « aryle en Ci-Cj » désigne un groupe aromatique comportant de i à j atomes de carbone ; i et j étant des nombres entiers.
Par « alcanediyle en Ci-Cj », on entend un groupe hydrocarboné, dérivé d’un alcane en Ci-Cj tel que défini ci-dessus, dans lequel deux atomes d’hydrogène ont été supprimés. Un alcanediyle est donc un groupe divalent.
Dans la suite du texte, on entend « par taux de groupes pendants de formule (I) », y compris ses formes préférées, présent dans le polymère, de préférence dans l’élastomère diénique, exprimé en pourcentage molaire, le nombre de mole de groupes pendants de formule (I) présents pour cent moles de motif constitutif constituant le polymère, de préférence l’élastomère diénique, qu’il s’agisse indifféremment de motifs diéniques ou non diéniques. Par exemple, si le taux de groupes pendants de formule (I), ou de ses formes préférées, sur un SBR (caoutchouc styrène- butadiène) est de 0,20% molaire, cela signifie qu’il y aura 0,20 motif issu de groupes pendants de formule (I) (ou des formes préférées) pour 100 motifs constitutifs de SBR. Le taux molaire de groupes pendants de formule (I) peut être déterminé par les méthodes conventionnelles d’analyses des polymères, telles que par exemple l’analyse RMN XH.
Polymère diénique :
Le polymère de l’invention est un polymère comprenant une ou plusieurs unités diéniques et portant le long de la chaîne polymère principale un ou plusieurs groupes pendant de formule (I).
De manière connue, un polymère comprend généralement au moins une chaîne polymère principale. Cette chaîne polymère peut être qualifié de principale à partir du moment où toutes les autres chaînes du polymère sont considérées comme des chaînes pendantes comme le mentionne le document « Glossary of basic terms in polymer science » (IUPAC recommendations 1996), PAC, 1996, 68, 2287, p2294.
On entend, au sens de la présente invention, par « groupe pendant », un groupement latéral de la chaîne polymère. Le terme « groupe latéral » au sens de la présente invention, désigne un substituant qui n’est pas un oligomère ou un polymère (voir aussi la définition de « Glossary of basic terms in polymer science » (IUPAC recommendations 1996), PAC, 1996, 68, 2287, p2297).
On entend, au sens de la présente invention, par « polymère comprenant une ou plusieurs unités diéniques », tout polymère, naturel ou synthétique, constitué au moins en partie (i.e. un homopolymère ou un copolymère) d’unités monomères diéniques (monomères porteurs de deux doubles liaisons carbone-carbone, conjuguées ou non). Un tel polymère peut être également appelé polymère diénique.
On entend plus particulièrement par polymère diénique utilisable dans l’invention :
- tout homopolymère d’un monomère diène, conjugué ou non, ayant de 4 à 18 atomes de carbone ;
- tout copolymère d'un diène, conjugué ou non, ayant de 4 à 18 atomes de carbone et d’au moins un autre monomère.
L’autre monomère peut être l’éthylène, une oléfine ou un diène, conjugué ou non.
A titre de diènes conjugués conviennent les diènes conjugués ayant de 4 à 12 atomes de carbone, en particulier les 1,3-diènes, tels que notamment le 1,3-butadiène et l’isoprène.
A titre de diènes non conjugués conviennent les diènes non conjugués ayant de 6 à 12 atomes de carbone, tels que le 1,4-hexadiène, l'éthylidène norbornène, le dicyclopentadiène.
A titre d’oléfines conviennent les composés vinylaromatiques ayant de 8 à 20 atomes de carbone et les alpha-monooléfines aliphatiques ayant de 3 à 12 atomes de carbone.
A titre de composés vinylaromatiques conviennent par exemple le styrène, l'ortho-, méta-, para- méthyl styrène, le mélange commercial « vinyle-toluène », le para-tertiobutylstyrène.
A titre d’a-monooléfines aliphatiques conviennent notamment les alpha-monooléfines aliphatiques acy cliques ayant de 3 à 18 atomes de carbone.
Plus particulièrement, le polymère diénique est :
- tout homopolymère d’un monomère diène conjugué, notamment tout homopolymère obtenu par polymérisation d'un monomère diène conjugué ayant de 4 à 12 atomes de carbone;
- tout copolymère obtenu par copolymérisation d'un ou plusieurs diènes conjugués entre eux ou avec un ou plusieurs composés vinylaromatiques ayant de 8 à 20 atomes de carbone; - un copolymère d'isobutène et d'isoprène (caoutchouc butyle), ainsi que les versions halogénées, en particulier chlorées ou bromées, de ce type de copolymère.
- tout copolymère obtenu par copolymérisation d'un ou plusieurs diènes, conjugués ou non, avec l’éthylène, une alpha-monooléfine ou leur mélange comme par exemple les élastomères obtenus à partir d'éthylène, de propylène avec un monomère diène non conjugué du type précité.
De préférence, le polymère utilisable dans le cadre de la présente invention est un élastomère diénique. Lorsque le polymère est un élastomère diénique, la chaîne polymère principale est bien entendu une chaîne élastomère principale.
Par élastomère (ou indistinctement caoutchouc) « diénique », qu’il soit naturel ou synthétique, doit être compris de manière connue un élastomère constitué au moins en partie (i.e., un homopolymère ou un copolymère) d’unités monomères diènes (monomères porteurs de deux doubles liaisons carbone-carbone, conjuguées ou non).
Ces élastomères diéniques peuvent être classés dans deux catégories : « essentiellement insaturés » ou « essentiellement saturés ». On entend en général par « essentiellement insaturé », un élastomère diénique issu au moins en partie de monomères diènes conjugués, ayant un taux de motifs ou unités d'origine diénique (diènes conjugués) qui est supérieur à 15 % (% en moles) ; c'est ainsi que des élastomères diéniques tels que les caoutchoucs butyle ou les copolymères de diènes et d'alpha-oléfines type EPDM n'entrent pas dans la définition précédente et peuvent être notamment qualifiés d'élastomères diéniques « essentiellement saturés » (taux de motifs d'origine diénique faible ou très faible, toujours inférieur à 15 % (% en moles)).
On entend particulièrement par élastomère diénique susceptible d'être utilisé dans le cadre de la présente invention :
Préférentiellement, l’élastomère diénique est choisi dans le groupe constitué par les copolymères d’éthylène-propylène-monomère diène (EPDM), les caoutchoucs butyles, le caoutchouc naturel (NR), les polyisoprènes de synthèse (IR), les polybutadiènes (BR), les copolymères de butadiène, les copolymères d’isoprène et les mélanges de ces élastomères.
Préférentiellement, l’élastomère diénique est choisi dans le groupe constitué par les copolymères d’éthylène-propylène-monomère diène (EPDM), le caoutchouc naturel (NR), les polyisoprènes de synthèse (IR), les polybutadiènes (BR), les copolymères de butadiène et de styrène (SB R), les copolymères d’éthylène et de butadiène (EBR), les copolymères d'isoprène et de butadiène (BIR) ou les copolymères d'isoprène, de butadiène et de styrène (SBIR), les copolymères d'isobutène et d’isoprène (caoutchouc butyle IIR), les copolymères d'isoprène- styrène (SIR) et les mélanges de ces élastomères.
Préférentiellement, l’élastomère diénique est choisi dans le groupe constitué par le caoutchouc naturel, les polyisoprènes de synthèse, les polybutadiènes, les copolymères de butadiène, les copolymères d’isoprène et les mélanges de ces élastomères.
Plus préférentiellement, l’élastomère diénique est choisi dans le groupe constitué par le caoutchouc naturel, les polyisoprènes de synthèse, les polybutadiènes, les copolymères de butadiène et de styrène, les copolymères d’éthylène et de butadiène, les copolymères d'isoprène et de butadiène, les copolymères d'isoprène, de butadiène et de styrène, les copolymères d'isobutène et d’isoprène, les copolymères d'isoprène et de styrène et les mélanges de ces élastomères.
Les polymères, de préférence les élastomères diéniques, peuvent avoir toute microstructure qui est fonction des conditions de polymérisation utilisées. Ces polymères, de préférences ces élastomères diéniques peuvent être par exemple à blocs, statistiques, séquencés, microséquencés, et être préparer en dispersion en émulsion ou en solution. Ils peuvent être couplés et/ou étoilés, par exemple au moyen d’un atome silicium ou d’étain qui lie entre elles les chaînes polymères. Ils sont de préférence des polymères statistiques, plus préférentiellement des élastomères diéniques statistiques.
Groupe pendant de formule (I)
Comme mentionné ci-dessus, le polymère, de préférence l’élastomère diénique, de l’invention comprenant une ou plusieurs unité diénique, porte le long de la chaîne polymère principale un ou plusieurs groupes pendants de formule (I) suivante : dans laquelle :
- D représente un groupe de rattachement à la chaîne polymère principale ; - Ri représente un groupement chimique choisi dans le groupe constitué par -OCH3, -OCH2CH3 et -OR3;
- R2 représente un groupement chimique choisi dans le groupe constitué par -OCH3 et -OR3; à la condition que Ri ou R2 soit -OR3 ;
- R3 représente un groupement chimique de formule (II) : o dans laquelle E représente un groupe hydrocarboné divalent en Cl -Cl 2 comprenant éventuellement un ou plusieurs hétéroatomes ; o Xi, X2, X3 identiques ou différents, représentent un atome d’hydrogène, un alkyle en C1-C6 ou un aryle en C6-C14 ; o le symbole * représente le rattachement du groupement de formule (II) à l’atome d’oxygène.
Préférentiellement, lesdits groupes pendant de formule (I) sont répartis le long de la chaîne polymère principale de façon aléatoire.
En particulier, les groupes pendants de formule (I) sont situés notamment ailleurs qu’aux extrémités de la chaîne polymère principale.
Préférentiellement, le taux de molaire des groupes pendants de formule (I) est compris dans un domaine allant de 0,05 % à 15 %, de préférence de 0,05 % à 10 %, plus préférentiellement de 0,07 % à 5 %.
Plus avantageusement, parmi les groupes pendants de formule (I), les groupes pendants plus particulièrement préférés sont ceux de formule (la) dans laquelle : - D représente un groupe de rattachement à la chaîne polymère principale ;
- Ri représente un groupement chimique choisi dans le groupe constitué par -OCH3 et - OCH2CH3 ; plus préférentiellement Ri représente -OCH3 ;
- E représente un groupe hydrocarboné divalent en Cl -Cl 2 comprenant éventuellement un ou plusieurs hétéroatomes ; et
Xi, X2, X3, identiques ou différents, représentent un atome d’hydrogène, un alkyle en C1-C6 ou un aryle en C6-C14.
Ainsi, un ensemble de groupes pendants de formule (I) particulièrement préférés sont ceux pour lesquels Ri représente un groupement chimique choisi dans le groupe constitué par -OCH3 et - OCH2CH3 et R2 est -OR3. Autrement dit, ces groupes pendants sont ceux correspondant à l’ensemble formé par les composés de formule préférée (la).
Préférentiellement, dans les groupes pendants de formule (I), la condition « Ri ou R2 soit - OR3 » signifie que si Ri est -OCH3 ou -OCH2CH3 alors R2 est -OR3 ; ou si Ri est -OR3 alors R2 est -OCH3. Il y a nécessaire un (1) (et seulement 1) groupement -OR3 dans ces composés, soit en substituant Ri soit en substituant R2.
Dans les groupes pendants de formule (I) et (la), E représente un groupe divalent hydrocarboné en Cl -Cl 2 pouvant éventuellement contenir un ou plusieurs hétéroatome(s). Par « groupe divalent hydrocarboné » on entend au sens de la présente invention, un groupe espaceur (ou un groupe de liaison) formant un pont entre l’atome d’oxygène attaché au cycle aromatique et le cycle époxy porteur des groupes Xi, X2, X3 ; ce groupe espaceur E comprenant de 1 à 12 atomes de carbone, et pouvant éventuellement contenir un ou plusieurs hétéroatome(s) tel(s) que par exemple N, O et S. Ce groupe espaceur peut être une chaîne hydrocarbonée en Cl -Cl 2, de préférence saturée, linéaire ou ramifiée, pouvant éventuellement contenir un ou plusieurs hétéroatome(s) tel(s) que par exemple N, O et S. Ladite chaîne hydrocarbonée peut éventuellement être substituée, pour autant que les substituants ne réagissent pas avec le groupe D et le cycle époxy tel que défini ci-dessus.
Préférentiellement, dans les groupes pendants de formule (I) et (la), E représente un groupe divalent hydrocarboné en Cl -CIO, de préférence en C1-C9, pouvant éventuellement contenir un ou plusieurs hétéroatome(s) tel(s) que par exemple N, O et S.
Plus préférentiellement, dans les groupes pendants de formule (I) et (la), E représente un alcanediyle en Cl -Cl 2, de préférence un alcanediyle en Cl -CIO, plus préférentiellement un alcanediyle en C1-C9. Plus préférentiellement encore, E est choisi dans le groupe constitué par le méthanediyle, l’éthanediyle et le propanediyle.
Préférentiellement, dans les groupes pendants de formule (I) et (la), Xi, X2, X3, identiques ou différents, sont choisis dans le groupe constitué par l’atome d’hydrogène, les alkyles en C1-C6 et les aryles en C6-C14.
Préférentiellement, dans les groupes pendants de formule (I) et (la), Xi, X2, X3, identiques ou différents, sont choisis dans le groupe constitué par l’atome d’hydrogène, les alkyles en C1-C6 et le phényle.
Préférentiellement, dans les groupes pendants de formule (I) et (la), Xi, X2, X3, identiques ou différents, sont choisis dans le groupe constitué par l’atome d’hydrogène, les alkyles en C1-C3 et le phényle.
Selon un mode de réalisation de l’invention préféré, dans les groupes pendants de formule (I) et (la), Xi, X2, X3 , identiques, représentent un atome d’hydrogène.
Selon un autre mode de réalisation de l’invention préféré, dans les groupes pendants de formule (I), et (la), Xi et X2 représentent un atome d’hydrogène et X3 représente un phényle.
Selon un autre mode de réalisation de l’invention, dans les groupes pendants de formule (I) et (la), X3 est un atome d’hydrogène, et Xi et X2, identiques ou différents, représente un atome d’hydrogène ou un méthyle.
Comme indiqué ci-dessus, parmi les groupes pendants de formule (I), les groupes pendants de formule (la) sont particulièrement préférés : dans laquelle :
- D représente un groupe de rattachement à la chaîne polymère principale ;
- Ri représente un groupement chimique choisi dans le groupe constitué par -OCH3 et - OCH2CH3 ; plus préférentiellement Ri représente -OCH3 ; - E représente un groupe hydrocarboné divalent en Cl -Cl 2 comprenant éventuellement un ou plusieurs hétéroatomes ; et
Xi, X2, X3, identiques ou différents, représentent un atome d’hydrogène, un alkyle en C1-C6 ou un aryle en C6-C14.
Parmi les groupes pendants (la) ceux qui sont particulièrement préférés sont ceux pour lesquels Ri représente un groupement chimique choisi dans le groupe constitué par -OCH3 et - OCH2CH3 ; E représente un alcanediyle en Cl -Cl 2, de préférence un alcanediyle en Cl -CIO, plus préférentiellement un alcanediyle en C1-C9 et Xi, X2, X3, identiques ou différents, sont choisis dans le groupe constitué par l’atome d’hydrogène, les alkyles en C1-C3 et le phényle, plus préférentiellement un Xi, X2, X3, identiques, sont un atome d’hydrogène.
Plus préférentiellement encore, les groupes pendants de formule (la) plus particulièrement préférés sont ceux dans laquelle Ri représente -OCH3 ; E représente un alcanediyle en C1-C12, de préférence un alcanediyle en Cl -CIO, plus préférentiellement un alcanediyle en C1-C9 et Xi, X2, X3, identiques ou différents, sont choisis dans le groupe constitué par l’atome d’hydrogène, les alkyles en C1-C3 et le phényle, plus préférentiellement un Xi, X2, X3, identiques, sont un atome d’hydrogène. Plus préférentiellement encore, les groupes pendants de formule (la) plus particulièrement préférés sont ceux dans laquelle Ri représente -OCH3 ; E représente un alcanediyle en C1-C9 et Xi, X2, X3, identiques, sont un atome d’hydrogène. Plus préférentiellement encore, les groupes pendants de formule (la) plus particulièrement préférés sont ceux dans laquelle Ri représente -OCH3 ; E représente le méthanediyle, l’éthanediyle et le propanediyle ; et Xi, X2, X3, identiques, sont un atome d’hydrogène.
Plus préférentiellement encore, parmi les groupes pendants de formule (I) et (la), ceux de formule (lal) sont particulièrement préférés : avec D tel que défini ci-dessus.
Conformément aux formules (I), (la) et (lal), le groupe pendant comprend un groupement chimique désigné par le symbole D, ce groupement chimique désignant un groupe de rattachement à la chaîne du polymère principale. Autrement dit, D permet de lier de façon covalente le phényle substitué par Ri et R2 à la chaîne polymère principale.
Le groupement chimique D est issu d’un groupement chimique D’ qui est réactif vis-à-vis d’une unité diénique du polymère, c’est-à-dire réactif vis-à-vis d’une double liaisons carbone-carbone du monomère diénique. Ces groupement chimique D’ sont connus et peuvent être par exemple une fonction vinylique polymérisable ou par une fonction oxyde de nitrile.
Dans ce cas où groupement chimique D’ est d’une une fonction vinylique polymérisable, cette fonction vinylique polymérisable est issue d’une unité monomère d’un monomère vinylique au moins substitué par le phényle portant les substituants Ri et R2 tels que définis ci-dessus. Les groupes pendants de formule (I), de préférence les groupes pendants de formule (la) et (lal), peuvent alors être apportés le long de la chaîne polymère par polymérisation radicalaire d’un mélange de monomères comprenant au moins un monomère 1,3-diéne et au moins un monomère vinylique comprenant au moins une fonction vinylique polymérisable et au moins substitué par le phényle portant les substituants Ri et R2 tels que définis ci-dessus.
Préférentiellement, le groupement chimique D peut résulter de la réaction d’une fonction oxyde de nitrile réactive vis-à-vis d’une unité diénique du polymère. Les groupes pendants de formule (I), de préférence les groupes pendants de formule (la) et (lal), peuvent alors être apportés le long de la chaîne polymère par un composé 1,3-dipolaire comprenant une fonction oxyde de nitrile et le phényle portant les substituants Ri et R2 tels que définis ci-dessus. Le polymère de l’invention est alors obtenu par greffage d’un composé 1,3-dipolaire sur au moins une double liaisons carbone-carbone d’une unité diénique du polymère.
De manière surprenante, les polymères de l’invention, de préférence les élastomères diéniques, portant le long de leur chaîne principale un ou plusieurs groupes pendants de formule (I), plus préférentiellement un ou plusieurs groupes pendants de formule (la), encore plus préférentiellement un ou plusieurs groupes pendants de formule (lal), confèrent aux compositions élastomériques les contenant un compromis résistance au roulement/ rigidité amélioré et une amélioration significative des propriétés de renforcement, par rapport à des compositions de l’art antérieur.
L’invention a également pour objet un procédé de préparation d’un polymère selon l’invention par modification d’un polymère diénique initial, ledit procédé comprenant une étape de greffage sur ledit polymère diénique initial, par un composé dont est issu le groupe pendant de formule (I), de préférence de formule (la), plus préférentiellement de formule (lal), tel que défini précédemment.
Le greffage du polymère se fait par réaction du polymère diénique initiale avec le ou les groupes réactifs de la fonction chimique (groupement D’) dont est issu le groupement chimique D, en particulier avec la fonction oxide de nitrile dont est issu le groupement chimique D. Lors de cette réaction, ce ou ces groupes réactifs forment des liaisons covalentes avec la chaîne du polymère.
Préférentiellement, le greffage du composé dont est issu le groupe pendant de formule (I), de formule (la), plus préférentiellement de formule (lal), est effectuée par cycloaddition [3+2] du ou des groupes réactifs de la fonction dont est issu le groupement chimique D et une ou plusieurs doubles liaisons carbone-carbone de la chaîne d’un polymère diénique initial. Un exemple de mécanismes de la cycloaddition [3+2] peut être trouvé dans le document W02012007441. De préférence la fonction réactive dont est issu le groument chimique D est une fonction oxyde de nitrile.
Préférentiellement, le composé dont est issu le groupe pendant de formule (I) est un composé 1,3-dipolaire, le dipôle constituant le groupe réactif de la fonction réactive vis-à-vis d’une unité diénique du polymère dont est issu le groupe D. Plus préférentiellement, le composé dont est issu le groupe pendant de formule (I) est un oxyde de nitrile de formule (III) suivante : avec Ri et R2 tels que définis précédemment pour les groupes pendant de formule (I), c’est-à-dire avec :
- Ri représente un groupement chimique choisi dans le groupe constitué par -OCH3, -OCH2CH3 et -OR3;
- R2 représente un groupement chimique choisi dans le groupe constitué par -OCH3 et -OR3; à la condition que Ri ou R2 soit -OR3 ;
- R3 représente un groupement chimique de formule (II) : o dans laquelle E représente un groupe hydrocarboné divalent en Cl -Cl 2 comprenant éventuellement un ou plusieurs hétéroatomes ; o Xi, X2, X3, identiques ou différents, représentent un atome d’hydrogène, un alkyle en C1-C6 ou un aryle en C6-C14 ; o le symbole * représente le rattachement du groupement chimique de formule (II) à l’atome d’oxygène.
Le greffage du composé de formule (III) dont est issu le groupe pendant de formule (I), peut être réalisé en masse, par exemple dans une extrudeuse, un mélangeur interne ou un mélangeur externe tel qu’un mélangeur à cylindre. Par exemple, le greffage peut être alors mis en œuvre soit à une température du mélangeur externe ou du mélangeur interne inférieure à 60°C, suivi d'une étape de réaction de greffage sous presse ou en étuve à des températures allant de 80°C à 200°C, soit à une température du mélangeur externe ou du mélangeur interne supérieure à 60°C sans traitement thermique postérieur.
Le procédé de greffage peut également s’effectuer en solution en continu ou en discontinu. Le polymère ainsi modifié peut être séparé de sa solution par tout moyen connu de l’homme de l’art et en particulier par une opération de stripping à la vapeur d’eau.
Préférentiellement, dans le procédé de préparation selon l’invention, le polymère diénique initial est un élastomère diénique initial, notamment tel que décrit ci-dessus y compris dans les modes préférés de ces élastomères.
Préférentiellement lorsque le groupe pendant est un groupe pendant de formule (la), le composé dont est issu ce groupe pendant est un composé 1,3-dipolaire de formule (Ilia) correspondante à savoir : avec Ri, Xi, X2, X3, et E tels que définis précédemment pour les groupes pendants de formule (III), c’est-à-dire avec:
- Ri représente un groupement chimique choisi dans le groupe constitué par -OCH3 et - OCH2CH3 ; plus préférentiellement Ri représente -OCH3 ;
- E représente un groupe hydrocarboné divalent en Cl -Cl 2 comprenant éventuellement un ou plusieurs hétéroatomes ; et
Xi, X2, X3, identiques ou différents, représentent un atome d’hydrogène, un alkyle en C1-C6 ou un aryle en C6-C14.
Préférentiellement, lorsque le groupe pendant est un groupe pendant de formule (lal), le composé dont est issu ce groupe pendant est un composé 1,3-dipolaire de formule (Illal) correspondante à savoir :
Les composés 1,3-dipolaire de formule (III) et ses modes préférés de formule (Ilia) et (Illal) peuvent être obtenus notamment par un procédé de préparation comprenant au moins une réaction (d) d’un composé de formule (IV) avec un agent oxydant en présence d’au moins un solvant organique SL1 selon le schéma réactionnel suivant pour donner le composé de formule (III) : avec :
Ri représente un groupement chimique choisi dans le groupe constitué par -OCH3, - OCH2CH3, et -OR3 ;
R2 représente un groupement chimique choisi dans le groupe constitué par -OCH3 et - OR3 ; à la condition que Ri ou R2 soit -OR3 ;
- R3 représente un groupement chimique de formule (II) o dans laquelle E représente un groupe hydrocarboné divalent en Cl -Cl 2 comprenant éventuellement un ou plusieurs hétéroatomes ; o Xi, X2, X3, identiques ou différents, représentent un atome d’hydrogène, un alkyle en C1-C6 ou un aryle en C6-C14 ; o le symbole * représente le rattachement du groupement de formule (II) à l’atome d’oxygène.
Les modes préférés de Ri, R2, E, Xi, X2 et X3 tels que décrits ci-dessus, s’appliquent également aux procédés de préparation d’un composé de formule (III) à partir d’un composé de formule (IV).
L’homme du métier sait adapter cette réaction (d) pour obtenir les composés 1,3-dipolaire préférés de formule (Ilia) et (Illal).
De manière préférée dans ces procédés, ledit agent oxydant est choisi parmi l’hypochlorite de sodium, le N-bromosuccinimide en présence d’une base, le N-chlorosuccinimide en présence d’une base, et l’eau oxygénée en présence d’un catalyseur. Plus préférentiellement, l’agent oxydant est choisi parmi le groupe constitué par l’hypochlorite de sodium et le N- bromosuccinimide en présence ou non d’une base. Préférentiellement, la base peut être la triéthylamine. Plus préférentiellement encore, l’agent oxydant est l’hypochlorite de sodium.
Avantageusement, la quantité d’agent oxydant est de 1 à 5 équivalents molaires, préférentiellement de 1 à 2 équivalents molaires par rapport à la quantité molaire du composé de formule (IV).
Préférentiellement, le solvant organique SL1 est choisi parmi les solvants chlorés et les solvants de type ester, éther et alcool, plus préférentiellement choisi parmi le dichlorométhane, le trichlorométhane, l’acétate d’éthyle, l’acétate de butyle, l’éther diéthylique, l’isopropanol et l’éthanol, encore plus préférentiellement est choisi parmi l’acétate d’éthyle, le trichlorométhane, le dichlorométhane et l’acétate de butyle. De préférence, le composé de formule (IV) représente de 1 à 30 % en poids, de préférence de 1 à 20 % en poids, par rapport au poids total de l’ensemble comprenant ledit composé de formule (IV), ledit solvant organique SL1 et ledit agent oxydant.
Préférentiellement, le procédé de l’invention comprend après la réaction (d), une étape de récupération du composé de formule (III).
Le composé de formule (IV) peut être notamment obtenu à partir d’un procédé de préparation comprenant au moins une réaction (c) d’un composé de formule (V) avec 1’ hydroxylamine NH2OH selon le schéma réactionnel suivant : avec :
- Ri représente un groupement chimique choisi dans le groupe constitué par -OCH3, - OCH2CH3, et -OR3 ;
- R2 représente un groupement chimique choisi dans le groupe constitué par -OCH3 et - OR3 ; à la condition que Ri ou R2 soit -OR3 ;
- R3 représente un groupement chimique de formule (II) : o dans laquelle E représente un groupe hydrocarboné divalent en Cl -Cl 2 comprenant éventuellement un ou plusieurs hétéroatomes ; o Xi, X2, X3, identiques ou différents, représentent un atome d’hydrogène, un alkyle en C1-C6 ou un aryle en C6-C14 ; o le symbole * représente le rattachement du groupement de formule (II) à l’atome d’oxygène. Les modes préférés de Ri, R2, E, Xi, X2 et X3 tels que décrits ci-dessus, s’appliquent également aux procédés de préparation d’un composé de formule (IV) à partir d’un composé de formule (V).
L’homme du métier sait adapter cette réaction (c) pour obtenir les composés 1,3-dipolaire préférés de formule (Ilia) et (Illal).
Préférentiellement, l’ajout d’ hydroxylamine dans l’étape (c), est réalisé à une température allant de 1°C à 100°C, plus préférentiellement entre 20°C et 70°C.
L’hydroxylamine est ajoutée soit en solution dans l’eau soit sous forme d’un sel. Lorsque 1’ hydroxylamine est sous forme d’un sel, elle peut être choisie dans le groupe constitué par le sulfate d’ hydroxylamine, le chlorure d’hydroxylamine et leurs mélanges. Dans le cas de l’utilisation de l’hydroxylamine sous forme d’un sel, une base peut être préférentiellement additionnée au milieu réactionnel. À titre d’exemple de base, on peut citer l’acétate de sodium ou la triéthylamine. La quantité de base additionnée pourra être comprise dans un domaine allant de 1 à 2 équivalents molaires par rapport l’hydroxylamine générée, préférentiellement de 1 à 1,2 équivalents molaires par rapport l’hydroxylamine générée. Par « hydroxylamine générée », on entend le cation (NH3+0H) du sel d’hydroxylamine qui est libéré lors de la mise en contact dudit sel avec l’eau. Lorsqu’on utilise une base, on mélange ladite base avec le sel d’hydroxylamine, puis on dissout l’ensemble dans l’eau. Préférentiellement, l’hydroxylamine est mise en contact avec le composé de formule (le) sous la forme d’un sel d’hydroxylamine en présence d’une base, telle que l’acétate de sodium ou la triéthylamine.
Préférentiellement, le procédé de l’invention comprend après la réaction (c), une étape de récupération du composé de formule (IV).
Le composé de formule (V) peut être obtenu par un procédé de préparation comprenant au moins une réaction (b) du composé de formule (VI) avec un composé de formule (VII) en présence d’au moins un agent de transfert de phase et à une température allant de 10°C à 120°C, préférentiellement de 20°C à 100°C, selon le schéma réactionnel suivant :
avec pour le composé de formule (VII) : o R4 représente un groupement chimique choisi dans le groupe constitué par -OCH3, -OCH2CH3 et -OH ; o R5 représente un groupement chimique choisi dans le groupe constitué par -OCH3 et -OH ; et o à la condition que R4 ou R5 soit -OH ; avec pour le composé de formule (VI) : o E représente un groupe hydrocarboné divalent en Cl -Cl 2 comprenant éventuellement un ou plusieurs hétéroatomes ; et o Xi, X2, X3 identiques ou différents, représentent un atome d’hydrogène, un alkyle en C1-C6 ou un aryle en C6-C14 ; et o Z représente un groupe nucléofuge ; avec pour le composé de formule (V) : Ri et R2 tel que défini ci-dessus.
Les modes préférés de Ri, R2, E, Xi, X2 et X3 s’appliquent également au procédé de préparation d’un composé de formule (V) à partir des composés de formule (VI) et des composés de formule (VII).
L’homme du métier sait adapter cette réaction (b) pour obtenir les composés 1,3-dipolaire préférés de formule (Ilia) et (Illal).
On entend par « groupe nucléofuge » un groupe partant. Le groupe Z peut être choisi parmi le chlore, le brome, l’iode, le fluor, le groupe mésylate, le groupe tosylate, le groupe acétate, et le groupe trifluorométhylsulfonate. De préférence, Z est le brome ou le chlore.
L’agent de transfert de phase peut être choisi parmi les sels de phosphonium, les sels d’ammonium et leurs mélanges. Préférentiellement l’agent de transfert de phase est le bromure de tétrabutylammonium. Préférentiellement, la quantité molaire d’agent de transfert de phase est de 0,01 à 1 équivalents molaires, de préférence de 0,05 à 0,5 équivalents molaires par rapport à la quantité molaire de composé de formule (VI).
Préférentiellement, le procédé de l’invention comprend après la réaction (b), une étape de récupération du composé de formule (V).
Les composés de formule (VII) tels que définis ci-dessus sont disponibles commercialement auprès de fournisseurs tels que Sigma -Aldrich, Merk, etc. Ils peuvent être obtenus par synthèse chimique, ou dans le cas de la vanilline par extraction à partir de la gousse de vanille ou dans le cas de l’iso-vanilline par extraction du manioc, ou bien encore issus de la fermentation par des microorganismes, notamment par fermentation à partir de l’acide férulique.
Les composés de formule (VI) peuvent être disponibles commercialement ou peuvent être obtenus par époxydation de l’halogénoalcène correspondant de formule (VIII) selon le schéma réactionnel ci-dessous. La synthèse d’un composé comprenant un cycle époxyde à partir de son alcène correspondant est bien connue. Par exemple, cette époxydation peut s’effectuer en présence de peracide tel que l’acide métachloroperbenzoïque, l’acide peracétique, l’acide performique. Une autre technique bien connue est l’utilisation de diméthyldioxirane.
Les composés de formule (VIII) sont disponibles commercialement auprès des fournisseurs tels que Sigma Aldrich, ABCR.
L’invention a aussi pour objet une composition élastomérique à base d’au moins un polymère de l’invention, c’est-à-dire d’au moins un polymère diénique comprenant un ou plusieurs groupes pendants de formule (I), préférentiellement un ou plusieurs groupes pendants de formule (la), plus préférentiellement encore un ou plusieurs groupes pendants de formule (lal ), d’au moins une charge renforçante et d’au moins un agent de réticulation chimique.
Préférentiellement, le polymère de l’invention utilisable dans la composition est un élastomère diénique. Plus préférentiellement encore, le polymère est choisi dans le groupe des élastomères constitué par les copolymères d’éthylène-propylène-monomère diène, les caoutchoucs butyle, le caoutchouc naturel, les polyisoprènes de synthèse, les polybutadiènes, les copolymères de butadiène, les copolymères d’isoprène et les mélanges de ces élastomères.
Dans cette composition, le ou les polymères de l’invention peuvent être utilisés en association avec tout type d’ élastomères synthétique autre que diénique, voire avec des polymères autres que des élastomères comme par exemple des polymères thermoplastiques. Préférentiellement, dans le cas d’un mélange avec au moins un autre polymère, le polymère diénique comprenant au moins un groupe pendant de formule (I) est le polymère majoritaire dans la composition élastomérique. On notera que l’amélioration des propriétés de la composition élastomérique selon l’invention sera d’autant plus élevée, que la proportion dudit ou desdits polymères additionnels dans la composition élastomérique selon l’invention sera plus réduite.
Comme vu précédemment, un autre composant de la composition élastomérique selon l’invention est une charge renforçante.
On peut utiliser tout type de charge dite renforçante, connue pour ses capacités à renforcer une composition élastomérique utilisable notamment pour la fabrication de pneumatiques, par exemple une charge organique telle que du noir de carbone, une charge inorganique renforçante telle que de la silice ou encore un mélange de ces deux types de charges. Lorsqu’on utilise une charge inorganique renforçante telle qu’une silice, on y associera de manière connu un agent de couplage.
Avantageusement, la charge renforçante est choisie parmi le noir de carbone, une charge inorganique renforçante, de préférence une silice, et leurs mélanges.
Comme noirs de carbone conviennent tous les noirs de carbone, notamment les noirs conventionnellement utilisés dans les pneumatiques ou leurs bandes de roulement. Parmi ces derniers, on citera plus particulièrement les noirs de carbone renforçants des séries 100, 200, 300, ou les noirs de série 500, 600 ou 700 (grades ASTM D-1765-2017), comme par exemple les noirs NI 15, N134, N234, N326, N330, N339, N347, N375, N550, N683, N772).
Par « charge inorganique renforçante », doit être entendu ici toute charge inorganique ou minérale, quelles que soient sa couleur et son origine (naturelle ou de synthèse), encore appelée charge « blanche », charge « claire » ou même charge « non-noire » par opposition au noir de carbone, capable de renforcer à elle seule, sans autre moyen qu’un agent de couplage intermédiaire, une composition élastomérique destinée à la fabrication de pneumatiques. De manière connue, certaines charges inorganiques renforçantes peuvent se caractériser notamment par la présence de groupes hydroxyle (-OH) à leur surface. Comme charges inorganiques renforçantes conviennent notamment des charges minérales du type siliceux, préférentiellement la silice (SiCh) ou du type alumineux, en particulier l’alumine (AI2O3).
La silice utilisée peut être toute silice renforçante connue de l'homme du métier, notamment toute silice précipitée ou pyrogénée présentant une surface spécifique BET ainsi qu'une surface spécifique CTAB toutes deux inférieures à 450 m2/g, de préférence comprises dans un domaine allant de 30 à 400 m2/g.
On peut utiliser tout type de silice précipitée, notamment des silices précipitées hautement dispersibles (dites « HDS » pour « highly dispersible » ou « highly dispersible silica »). Ces silices précipitées, hautement dispersibles ou non, sont bien connues de l’homme du métier. On peut citer, par exemple, les silices décrites dans les demandes W003/016215-A1 et W003/016387-A1. Parmi les silices HDS commerciales, on peut notamment utiliser les silices « Ultrasil ® 5000GR », « Ultrasil ® 7000GR » de la société Evonik, les silices « Zeosil ® 1085GR», « Zeosil® 1115 MP », « Zeosil® 1165MP », « Zeosil® Premium 200MP », « Zeosil® HRS 1200 MP » de la Société Solvay. À titre de silice non HDS, les silices commerciales suivantes peuvent être utilisées : les silices « Ultrasil ® VN2GR », « Ultrasil ® VN3GR » de la société Evonik, la silice « Zeosil® 175GR » » de la société Solvay, les silices « Hi-Sil EZ120G(-D) », « Hi-Sil EZ160G(-D) », « Hi-Sil EZ200G(-D) », « Hi-Sil 243LD », « Hi-Sil 210 », « Hi-Sil HDP 320G » de la société PPG.
Dans le présent exposé, la surface spécifique BET pour la charge inorganique, en particulier pour la silice, est déterminée par adsorption de gaz à l’aide de la méthode de Brunauer-Emmett- Teller décrite dans « The Journal of the American Chemical Society » (Vol. 60, page 309, février 1938), et plus précisément selon une méthode adaptée de la norme NF ISO 5794-1, annexe E de juin 2010 [méthode volumétrique multipoints (5 points) - gaz: azote - dégazage sous vide: une heure à 160°C - domaine de pression relative p/po : 0,05 à 0,17], Les valeurs de surface spécifique CTAB ont été déterminées selon la norme NF ISO 5794-1, annexe G de juin 2010. Le procédé est basé sur l'adsorption du CTAB (bromure de N-hexadécyl-N,N,N- triméthylammonium) sur la surface « externe » de la charge renforçante.
Pour coupler la charge inorganique renforçante au polymère diénique, on peut utiliser de manière bien connue un agent de couplage (ou agent de liaison) au moins bifonctionnel destiné à assurer une connexion suffisante, de nature chimique et/ou physique, entre la charge inorganique (surface de ses particules) et l'élastomère diénique. A titre d’agent de couplage, on peut utiliser les organosilanes polysulfurés (symétriques ou asymétriques) tels que le tétrasulfure de bis(3-triéthoxysilylpropyl), en abrégé TESPT commercialisé sous la dénomination « Si69 » par la société Evonik ou le disulfure de bis- (triéthoxysilylpropyle), en abrégé TESPD commercialisé sous la dénomination « Si75 » par la société Evonik, les polyorganosiloxanes, les mercaptosilanes, les mercaptosilanes bloqués, tels que l’octanethioate de S-(3-(triéthoxysilyl)propyle)commercialisé par la société Momentive sous la dénomination « NXT Silane ». Plus préférentiellement, l’organosilane est un organosilane polysulfuré.
Préférentiellement, la charge renforçante comprend majoritairement au moins une silice.
Un autre composant de la composition élastomérique selon l’invention est un agent de réticulation. L’agent de réticulation permet la formation de liaisons covalentes entre les chaînes élastomères, ce qui leur confère des propriétés élastiques.
L’agent de réticulation peut être tout type de système connu de l’homme de l’art dans le domaine des compositions élastomériques pour pneumatique. Il peut notamment être à base de soufre ou à base de peroxydes.
De manière préférentielle, l’agent de réticulation est à base de soufre, on parle alors d’un système de vulcanisation. Le soufre peut être apporté sous toute forme, notamment sous forme de soufre moléculaire, ou d'un agent donneur de soufre. Au moins un accélérateur de vulcanisation est également préférentiellement présent, et, de manière optionnelle, préférentielle également, on peut utiliser divers activateurs de vulcanisation connus tels qu'oxyde de zinc, acide stéarique ou composé équivalent tels que les sels d’acide stéarique et sels de métaux de transition, dérivés guanidiques (en particulier diphénylguanidine), ou encore des retardateurs de vulcanisation connus.
Les compositions élastomériques conformes à l'invention peuvent comporter également tout ou partie des additifs et agents de mise en œuvre usuels, connus de l’homme de l’art et habituellement utilisés dans les compositions élastomériques notamment pour pneumatiques, en particulier de bandes de roulement, comme par exemple des plastifiants (tels que des huiles plastifiantes et/ou des résines plastifiantes), des charges non renforçantes, des pigments, des agents de protection tels que cires anti-ozone, anti-ozonants chimiques, anti-oxydants, des agents anti-fatigue, des résines renforçantes (telles que décrites par exemple dans la demande WO 02/10269). Les compositions élastomériques sont fabriquées dans des mélangeurs appropriés, en utilisant deux phases de préparation successives :
- une première phase de travail ou malaxage thermomécanique (phase dite « nonproductive ») conduite à une température maximale comprise dans un domaine allant de 110°C à 200°C, de préférence de 130°C à 185°C, pendant une durée généralement comprise dans un domaine allant de 2 à 10 minutes,
- une seconde phase de travail mécanique (phase dite « productive »), qui est réalisée dans un mélangeur externe tel qu'un mélangeur à cylindres, après refroidissement du mélange obtenu au cours de la première phase non-productive jusqu'à une plus basse température, typiquement inférieure à 120°C, par exemple dans un domaine allant de 40°C à 100°C. On incorpore alors l’agent de réticulation, et l’ensemble est mélangé pendant quelques minutes, par exemple dans un domaine allant de 5 à 15 min.
De manière générale, tous les constituants de base de la composition élastomérique selon de l'invention, à l'exception de l’agent de réticulation chimique, à savoir la ou les charges renforçantes, l'agent de couplage le cas échéant, sont incorporés de manière intime, par malaxage, au polymère portant le long de sa chaîne un ou plusieurs groupes pendants de formule (I) ou ses formes préférées, au cours de la première phase dite non-productive, c'est-à-dire que l'on introduit dans le mélangeur et que l'on malaxe thermomécaniquement, en une ou plusieurs étapes, au moins ces différents constituants de base jusqu'à atteindre la température maximale comprise dans un domaine allant de 110°C à 200°C, de préférence comprise de 130°C à 185°C.
A l’issue de la seconde phase de travail, la composition élastomérique finale ainsi obtenue peut ensuite être calandrée par exemple sous forme d’une feuille ou d’une plaque, notamment pour caractérisation, ou encore extrudée sous la forme d’un profilé de caoutchouc utilisable comme article semi-fini pour pneumatique.
Un autre objet de la présente invention est un article semi-fini pour pneumatique comprenant au moins un polymère de l’invention tel que décrit ci-dessus, y compris ses formes préférées, ou susceptible d’être obtenu selon le procédé décrit ci-dessus ou au moins une composition élastomérique telle que définie ci-dessus. De préférence l’article semi-fini pour pneumatique est une bande de roulement pour pneumatique.
L’invention a également pour objet un pneumatique comprenant au moins un polymère de l’invention tel que décrit ci-dessus, y compris ses formes préférées, ou susceptible d’être obtenu selon le procédé décrit ci-dessus ou au moins une composition élastomérique selon l’invention telle que définie ci-dessus ou au moins un article semi-fini pour pneumatique tel que décrit ci- dessus.
Préférentiellement, le pneumatique selon l’invention pourra être choisi parmi les pneumatiques destinés à équiper un véhicule à deux roues, un véhicule de tourisme, ou encore un véhicule dit « poids lourd » (c'est-à-dire métro, bus, véhicules hors-la-route, engins de transport routier tels que camions, tracteurs, remorques), ou encore des avions, des engins de génie civil, agraire, ou de manutention.
Les exemples qui suivent permettent d’illustrer l’invention, cette dernière ne saurait cependant être limitée à ces seuls exemples.
Exemples :
1. Méthodes
1.1 Mesure des masses molaires moyennes en nombre (Mn), en poids (Mw) et de l’indice de polydispersité des élastomères
On utilise la chromatographie d'exclusion stérique ou SEC (Size Exclusion Chromatography). La SEC permet de séparer les macromolécules en solution suivant leur taille à travers des colonnes remplies d'un gel poreux. Les macromolécules sont séparées suivant leur volume hydrodynamique, les plus volumineuses étant éluées en premier.
Sans être une méthode absolue, la SEC permet d'appréhender la distribution des masses molaires d'un élastomère. À partir de produits étalons commerciaux, les différentes masses molaires moyennes en nombre (Mn) et en poids (Mw) peuvent être déterminées et l'indice de polymolécularité (Ip = Mw/Mn) calculé via un étalonnage dit de MOORE.
Préparation de l’échantillon d’ élastomère à tester
Il n'y a pas de traitement particulier de l'échantillon de l’élastomère avant analyse. Celui-ci est simplement solubilisé à une concentration d'environ 1 g/L, dans du chloroforme ou dans le mélange suivant : tétrahydrofurane + 1 % vol. de diisopropylamine + 1 % vol. de triéthylamine + 1 % vol. d'eau distillée (% vol. = % volume). Puis, la solution est filtrée sur filtre de porosité 0,45 pm avant injection.
Analyse SEC
L'appareillage utilisé est un chromatographe « WATERS alliance ». Le solvant d'élution est le mélange suivant : tétrahydrofurane + 1 % vol. de diisopropylamine + 1 % vol. de triéthylamine
Tl ou du chloroforme selon le solvant utilisé pour la mise en solution de l’élastomère. Le débit est de 0,7 mL/min, la température du système de 35°C et la durée d'analyse de 90 min. On utilise un jeu de quatre colonnes WATERS en série, de dénominations commerciales « STYRAGEL HMW7 », « STYRAGEL HMW6E » et deux « STYRAGEL HT6E ».
Le volume injecté de la solution de l'échantillon de l’élastomère est 100 pL. Le détecteur est un réfractomètre différentiel « WATERS 2410 » de longueur d’onde 810 nm. Le logiciel d'exploitation des données chromatographiques est le système « WATERS EM POWER ». Les masses molaires moyennes calculées sont relatives à une courbe d'étalonnage réalisée à partir de polystyrènes étalons commerciaux « PSS READY CAL-KIT ».
1.2. Caractérisations des molécules
L’analyse structurale ainsi que la détermination des puretés molaires des molécules de synthèse sont réalisées par une analyse RMN. Les spectres sont acquis sur un spectromètre « Avance 3 400 MHz BRUKER » équipé d’une sonde « large bande BBFO-zgrad 5 mm ». L’expérience RMN 'H quantitative utilise une séquence simple impulsion 30° et un délai de répétition de 3 secondes entre chacune des 64 acquisitions. Les échantillons sont solubilisés dans un solvant deutéré, le diméthylsulfoxide deutéré (DMSO) sauf indication contraire. Le solvant deutéré est également utilisé pour le signal de « lock ». Par exemple, la calibration est réalisée sur le signal des protons du DMSO deutéré à 2,44 ppm par rapport à une référence TMS à 0 ppm. Le spectre RMN 'H couplé aux expériences 2D HSQC ^^C et HMBC ^^C permettent la détermination structurale des molécules (cf. tableaux d’attributions). Les quantifications molaires sont réalisées à partir du spectre RMN 1D 'H quantitatif.
L’analyse par spectrométrie de masse est réalisée en injection directe par un mode d’ionisation en électrospray (ID/ESI). Les analyses ont été réalisées sur un spectromètre HCT Bruker (débit 600 pL/min, pression du gaz nébuliseur 10 psi, débit du gaz nébuliseur 4 L/min).
1.3. Caractérisations des composés greffés sur les élastomères diéniques
La détermination du taux molaire des composés greffés sur les élastomères diéniques est réalisée par une analyse RMN. Les spectres sont acquis sur un spectromètre « 500 MHz BRUKER » équipé d’une « CryoSonde BBFO-zgrad-5 mm ». L’expérience RMN 'H quantitative, utilise une séquence simple impulsion 30° et un délai de répétition de 5 secondes entre chaque acquisition. Les échantillons sont solubilisés dans le chloroforme deutéré (CDCh) dans le but d’obtenir un signal de « lock ». Des expériences RMN 2D ont permis de vérifier la nature du motif greffé grâce aux déplacements chimiques des atomes de carbone et de proton. 1.4. Propriétés dynamiques des compositions élastomériques
Les propriétés dynamiques G* et tan(ô)max sont mesurées sur un viscoanalyseur (Metravib VA4000), selon la norme ASTM D5992-96. On enregistre la réponse d’un échantillon de composition vulcanisée (éprouvette cylindrique de 4 mm d’épaisseur et de 400 mm2 de section), soumis à une sollicitation sinusoïdale en cisaillement simple alterné, à la fréquence de 10 Hz, à une température de 60°C. On effectue un balayage en amplitude de déformation de 0,1 % à 100 % crête-crête (cycle aller) puis de 100 % à 0,1 % crête-crête (cycle retour).
Les résultats exploités sont le module complexe de cisaillement dynamique G* à 50 % de déformation (G*so% retour), le facteur de perte dynamique tan(ô) à 60°C. Pour le retour, on enregistre la valeur du module complexe de cisaillement dynamique G* à 50 % de déformation, noter G*50%retourà60°c et la valeur maximale du facteur perte dynamique tan(ô) observée, notée tan(Ô)max à 60°C-
Les résultats sont indiqués en base 100 ; la valeur arbitraire 100 étant attribuée au témoin pour calculer et comparer ensuite tan(ô)max à ÔO°C et G*so% retour à ÔO°C.
Pour tan(ô)max à ÔO°C, la valeur en base 100 pour l’échantillon à tester est calculée selon l’opération : (valeur de tan(ô)max à ÔO°C de l’échantillon à tester/valeur de tan(ô)max à ÔO°C du témoin) x 100. De cette façon, un résultat inférieur à 100 indique une diminution de l’hystérèse qui correspond à une amélioration de la performance de résistance au roulement.
Pour G* 50%retour à 6o°c, la valeur en base 100 pour 1 échantillon a tester est calculée selon l’opération : (valeur de G*5o%retour à ÔO°C de l’échantillon à tester/valeur de G*5o%retour à ÔO°C du témoin) x 100. De cette façon, un résultat supérieur à 100 indique une amélioration du module complexe de cisaillement dynamique G*50%retourà60°c, qui corrobore d’une amélioration de la rigidité du matériau.
1.5. Essai de traction.
Ces essais de traction permettent de déterminer les contraintes d’élasticité. Sauf indication différente, ils sont effectués conformément à la norme française NF T46-002 de septembre 1988. Un traitement des enregistrements de traction permet également de tracer la courbe de module en fonction de l’allongement. On mesure en première élongation le module sécant nominal calculé en se ramenant à la section initiale de l’éprouvette (ou contrainte apparente, en MPa) à 100% d’allongement noté MSA100 et à 300% d’allongement noté MSA300. Toutes ces mesures de traction sont effectuées dans les conditions normales de température (23 ± 2 °C) selon la norme NF T46-002 et à une température de 100°C.
Le rapport MSA300/MSA100 est l’indice de renforcement. La valeur en base 100 pour l’échantillon à tester est calculée selon l’opération : (valeur de MSA300/MSA100 de l’échantillon à tester/valeur de MSA300/MSA100 du témoin) x 100. De cette façon, un résultat supérieur à 100 indique une amélioration de l’indice de renforcement.
2. Synthèse des composés
2.1. Synthèse de l’oxyde de 3-méthoxy-4-(oxiran-2-ylmethoxy)benzonitrile (Composé A)
La synthèse du composé A s’effectue selon le schéma réactionnel suivant : [Chem 19]
La vanilline provient de la société Sigma-Aldrich qui la commercialise sous la référence « W310700-1KG ».
2.1.1. Étape 1 : Synthèse du 3 -méthoxy-4-(oxiran-2-ylméthoxy)benzaldéhy de
A une solution de la vanilline (20 g; 131 mmol) dans l’épichlorohydrine (278 mL; 3,56 mol soit 27 eq. (eq. = équivalent molaire) est ajouté le bromure de tétrabutylammonium (4,24g; 13,15 mmol soit 0,1 eq.). Le milieu réactionnel est alors agité pendant 60-70 minutes à une température de 90°C. Après retour à température ambiante, le mélange réactionnel est dilué par de l’acétate d’éthyle (150 ml), lavé par de la saumure (3 x 75 ml) et enfin par de l’eau distillée (75 ml). La phase organique est ensuite séparée, séchée sur du sulfate de sodium et évaporée sous pression réduite (T bain = 50°C ; 13 mbar). L’huile obtenue est triturée par de l’alcool isopropylique (i-PrOH) glacé (50 ml) permettant une cristallisation rapide. Le précipité est filtré et lavé par de l’i-PrOH glacé (3 x 35 ml) ; puis séché à l’air.
Un solide blanc (23,16g; 111 mmol) est obtenu avec un rendement de 85 %. La pureté molaire est supérieure à 90% (RMN-1 H). [Chem 20]
[Table 1]
Solvant CDCh
2.1.2 Etape 2 : Synthèse de l’oxime 3-méthoxy-4-(oxiran-2-ylméthoxy)benzaldéhyde A une suspension du 3-méthoxy-4-(oxiran-2-ylméthoxy)benzaldéhyde (4,253g; 20,43 mmol) dans l’éthanol (100 ml), est ajouté à température ambiante (23°C) une solution d’acétate de sodium (2,51g; 30,6 mmol soit 1,5 eq.) et d’hydrochlorure d’ hydroxylamine (2,129g; 30,6 mmol soit 1,5 eq.) dans de Teau distillée (100 ml). Après une solubilisation complète en 40-50 secondes, on observe une légère exothermicité au sein du milieu réactionnel. Un nouveau précipité se forme en quelques minutes. Le mélange réactionnel est ensuite agité à température ambiante pendant 90 minutes. Puis, on ajoute de la glace pilée (100 g) et le milieu est maintenu sous agitation jusqu’à fusion complète de la glace pilée. Le précipité est enfin filtré, lavé par un excès d’eau et séché à l’air.
Un solide blanc (3,604g; 16,14 mmol; rendement 79 %) est obtenu. La pureté molaire est supérieure à 89% (RMN-1!!). [Chem 21]
[Table 2] Solvant : CDCh
2.1.3 Etape 3 : Synthèse du TV-oxyde de 3-méthoxy-4-(oxiran-2-ylmethoxy) benzonitrile
A une suspension de l’oxime de 3-méthoxy-4-(oxiran-2-ylméthoxy)benzaldéhyde (10,15g; 45,5 mmol) dans du dichlorométhane (100 ml) refroidie jusqu’à 0-3°C, est additionnée au goutte à goutte une solution d’eau de Javel (98,5 ml; 4% du chlore actif) (eau de Javel= hypochlorite de sodium) pendant 20-25 minutes. Le milieu réactionnel est ensuite agité pendant 80-90 minutes entre 0 et 5°C. Puis, la phase organique est séparée, lavée par de l’eau (2 x 50 ml) et enfin évaporée sous pression réduite (T bain = 25°C ; 10 mbar) pour conduire un solide beige. Ce solide est ensuite resolubilisé dans du dichlorométhane (-100 ml). La solution obtenue précédemment est ensuite filtrée sur couche de SiCL (environ 4-5 cm d’épaisseur) en éluant par du dichlorométhane (2 x 30 ml). Le perméat est enfin concentré sous pression réduite (T bain = 25 °C ; 10 mbar) pour conduire à un solide blanc obtenu avec un rendement de 71 % (7,126g; 32,2 mmol). La pureté molaire est 95 % (RMN-1 H).
[Chem 22]
[Table 3]
Solvant : CDCh
2.2. Synthèse de l’oxyde de 2-(glycidyloxy)-l-naphtonitrile (Composé B)
L’oxyde de 2-(glycidyloxy)-l-naphtonitrile, composé B, est synthétisé selon le mode opératoire décrit dans la demande de brevet US2012/0046418 Al paragraphes [0033] à [0037], [Chem 23]
2.3 Synthèse de l’oxyde 2,4,6-triméthyl-3-(oxiran-2-ylmthoxy)benzonitrile (Composé C)
L’oxyde 2,4,6-triméthyl-3-(oxiran-2-ylmthoxy)benzonitrile, composé C, est synthétisé selon le schéma réactionnel et le procédé de synthèse décrits ci-dessous et issu des exemples du document W02019102128 : [Chem 24]
2.3.1. Synthèse de 2,4,6-triméthyl-3-(oxiran-2-ylméthoxy)benzaldéhyde :
A un mélange de 3-hydroxy-2,4,6-triméthylbenzaldéhyde (40,00 g ; 0,244 mol) et d'épichlorohydrine (56,35 g ; 0,609 mol) dans l'acétonitrile (100 ml) est ajouté le carbonate de potassium (50,50 g ; 0,365 mol). Le milieu réactionnel est agité pendant 3 heures à 60°C et est ensuite agité pendant 2,5-3 heures à 70°C. Après retour à 40-50°C, le mélange réactionnel est dilué avec un mélange d'eau (250ml) et d'éthyl acétate (250 ml), puis maintenu sous agitation pendant 10 minutes. La phase organique est séparée et lavée avec de l'eau (4 fois par 125 ml). Le solvant est évaporé sous pression réduite (T bain 37°C ; 40 mbar). Une huile rouge (66,43 g) est obtenue.
Le produit secondaire de la réaction, le 3,3'-((2-hydroxypropane-l,3-diyl)bis(oxy))bis(2,4,6- triméthylbenzaldéhyde) est séparé du 2,4,6-triméthyl-3-(oxiran-2-ylméthoxy)benzaldéhyde par chromatographie sur colonne de silice (éluent : éthylacétate / éther de pétrole = 1 / 4 en volume). Après récupération des fractions contenant le 2,4,6-triméthyl-3-(oxiran-2- ylméthoxy)benzaldéhyde, les solvants sont évaporés sous pression réduite (T bain 36°C ; 21 mbar). De l'éther de pétrole (120 ml) est ajouté au résidu et la suspension est maintenue sous agitation à -18°C pendant 2 heures. Le précipité est filtré et lavé sur le filtre avec de l'éther de pétrole (40/60) (3 fois 25 ml) et enfin séché pendant 10-15 heures sous pression atmosphérique à température ambiante. Un solide blanc (40,04 g ; rendement massique de 75 %) avec un point de fusion de 52°C est obtenu. La pureté molaire est supérieure à 99 % (RMN 1H). [Chem 25]
[Table 4]
Solvant DMSO 2.3.2 Synthèse de l’oxime 2,4,6-triméthyl-3-(oxiran-2-ylmethoxy)benzaldéhyde:
A une solution de 2,4,6-triméthyl-3-(oxiran-2-ylméthoxy)benzaldéhyde (46,70 g ; 0,212 mol) dans l'alcool éthylique (750 ml) est ajoutée à température ambiante une solution d'hydroxylamine (16,81 g ; 0,254 mol, 50 % dans l'eau, Aldrich) dans l'alcool éthylique (75 ml). Le milieu réactionnel est agité pendant 3 heures à 23 °C (T bain), Après évaporation du solvant (T bain = 24°C ; 35 mbar), de l'éther de pétrole (40/60) (150 ml) est ajouté. Le précipité est filtré et lavé sur le filtre par l'éther de pétrole (100 ml). Le produit brut est solubilisé dans un mélange d'acétate d'éthyle (650 ml) et d'éther de pétrole (650 ml) à température ambiante et cette solution est filtrée sur une couche de silicagel (0 9 cm, 2,0 cm de SiCL). Les solvants sont évaporés (T bain = 22-24°C) et T oxime 2,4,6-triméthyl-3-(oxiran-2- ylmethoxy)benzaldéhyde est séché sous pression atmosphérique à température ambiante. Un solide blanc (43,81 g ; rendement massique de 88 %) avec un point de fusion de 77 °C est obtenu. La pureté molaire est supérieure à 99 % (RMN 1H). [Chem 26]
[Table 5]
Solvant DMSO
2.3.3 Synthèse de Toxyde 2,4,6-triméthyl-3-(oxiran-2-ylméthoxy)benzonitrile (composé C) : A une solution d’oxime 2,4,6-triméthyl-3-(oxiran-2-ylméthoxy)benzaldéhyde (17,00 g ; 0,072 mol) dans du dichlorométhane (350 ml) refroidie jusqu'à 3°C est ajoutée au goutte à goutte une solution aqueuse de NaOCl dans l'eau (62,9 g Cl actif/1) (126 ml) pendant 10-15 minutes. La température du milieu réactionnel reste comprise entre 3 et 5°C. Le milieu réactionnel est ensuite agité pendant 1 heure à température 3-5°C. La phase aqueuse est séparée et extraite avec du dichlorométhane (25 ml). Les phases organiques réunies sont lavées avec de l'eau (3 fois 75 ml). Le solvant est évaporé à pression réduite (T bain = 22°C, 35 mbar). A ce résidu est additionné de l'éther de pétrole (40/60) (90 ml) et la suspension est maintenue sous agitation à température ambiante pendant 10-12 heures. Le précipité est filtré et lavé sur le filtre avec de l'éther de pétrole (3 fois par 30 ml) et enfin séché pendant 10-15 heures sous pression atmosphérique à température ambiante. Un solide blanc (15,12 g, rendement massique de 90 %) avec un point de fusion de 63°C est obtenu. La pureté molaire est supérieure à 99 % (RMN XH). [Chem 27] [Table 6]
3. Obtention des élastomères diéniques modifiés
3.1 Caoutchouc naturel modifié avec le composé A (polymère selon l’invention) On incorpore 0,98 pce de l’oxyde de 3-méthoxy-4-(oxiran-2-ylméthoxoy)benzonitrile (soit une fraction molaire de 0,3 % mol), composé A obtenu selon le procédé décrit au paragraphe 2.1, de pureté RMN supérieure à 89 % mol, à 100 g de caoutchouc naturel sur un outil à cylindres (mélangeur externe à 30°C). Le mélange est homogénéisé quinze fois sur cet outil, puis mis en forme de plaques, avant de subir un traitement thermique à 100°C pendant 10 min sous presse à 10 bars de pression. L’analyse par RMN 'H a permis de déterminer un taux molaire de greffage inférieur à 0,100 % mol avec un rendement molaire de greffage inférieur à 33 %.
3.2 Caoutchouc naturel modifié avec le composé B
On incorpore 1,06 pce d’oxyde de 2-(glycidyloxy)-l-naphtonitrile (soit une fraction molaire de 0,3 % mol), de pureté RMN de 95 % mol, composé B obtenu selon le procédé du paragraphe 2.2, à 100 g de caoutchouc naturel sur un outil à cylindres (mélangeur externe à 30°C). Le mélange est homogénéisé quinze fois sur cet outil, puis mis en forme de plaques avant de subir un traitement thermique à 100°C pendant 10 min sous presse à 10 bars de pression. L’analyse par RMN 'H a permis de déterminer un taux molaire de greffage de 0,162 % mol avec un rendement molaire de greffage de 54 %.
3.3 Caoutchouc naturel modifié avec le composé C
On incorpore 1,03 pce d’oxyde 2,4,6-triméthyl-3-(oxiran-2-ylméthoxy)benzonitrile (soit une fraction molaire de 0,3 % mol), de pureté RMN de 99 % mol, composé C obtenu selon le procédé du paragraphe 2.3, à 100 g de caoutchouc naturel sur un outil à cylindres (mélangeur externe à 30°C). Le mélange est homogénéisé quinze fois sur cet outil, puis mis en forme de plaques avant de subir un traitement thermique à 100°C pendant 10 min sous presse à 10 bars de pression. L’analyse par RMN 'H a permis de déterminer un taux molaire de greffage de 0,070 % mol avec un rendement molaire de greffage de 23 %.
3.4 Polyisoprène de synthèse modifié avec le composé A (polymère selon l’invention)
On incorpore 0,98 pce de l’oxyde de 3-méthoxy-4-(oxiran-2-ylméthoxoy)benzonitrile (soit une fraction molaire de 0,3 % mol), composé A obtenu selon le procédé décrit au paragraphe 2.1, de pureté RMN supérieure à 89 % mol, à 100 g de polyisoprène de synthèse (contenant 99,35% en poids d’unité isoprène-1,4 cis et 0,65 % en poids d’unité isoprène 3,4 ; Mn=375000 g/mol et Ip=3,6 mesurés selon la méthode décrite ci-dessus) sur un outil à cylindres (mélangeur externe à 30°C). Le mélange est homogénéisé quinze fois sur cet outil, puis mis en forme de plaques avant de subir un traitement thermique à 100°C pendant 10 min sous presse à 10 bars de pression. L’analyse par RMN 'H a permis de déterminer un taux molaire de greffage de 0,150 % mol avec un rendement molaire de greffage de 50 %.
3.5 Polyisoprène de synthèse modifié avec le composé B
On incorpore 1,06 pce d’oxyde de 2-(glycidyloxy)-l-naphtonitrile (soit une fraction molaire de 0,3 % mol), de pureté RMN de 95 %mol, composé B obtenu selon le procédé du paragraphe 2.2, à 100 g de polyisoprène de synthèse (contenant 99,35% en poids d’unité isoprène-1,4 cis et 0,65 % en poids d’unité isoprène 3,4 ; Mn=375000 g/mol et Ip=3,6 mesurés selon la méthode décrite ci-dessus) sur un outil à cylindres (mélangeur externe à 30°C). Le mélange est homogénéisé quinze fois sur cet outil, puis mis en forme de plaques avant de subir un traitement thermique à 100°C pendant 10 min sous presse à 10 bars de pression. L’analyse par RMN 'H a permis de déterminer un taux molaire de greffage de 0,145 % mol avec un rendement molaire de greffage de 48 %.
3.6 Polyisoprène de synthèse modifié avec le composé C
On incorpore 1,03 pce d’oxyde 2,4,6-triméthyl-3-(oxiran-2-ylméthoxy)benzonitrile (soit une fraction molaire de 0,3 % mol), de pureté RMN de 99 % mol, composé C obtenu selon le paragraphe 2.3, à 100 g de polyisoprène de synthèse (contenant 99,35% en poids d’unité isoprène-1,4 cis et 0,65 % en poids d’unité isoprène 3,4 ; Mn=375000 g/mol et Ip=3,6 mesurés selon la méthode décrite ci-dessus) sur un outil à cylindres (mélangeur externe à 30°C). Le mélange est homogénéisé quinze fois sur cet outil, puis mis en forme de plaques avant de subir un traitement thermique à 100°C pendant 10 min sous presse à 10 bars de pression. L’analyse par RMN 'H a permis de déterminer un taux molaire de greffage de 0,200 % mol avec un rendement molaire de greffage de 67 %.
4. Ingrédients utilisés dans les compositions élastomériques
(1) Silice « Zeosil 1165MP » commercialisée par Solvay ;
(2) Bis[3-(triéthoxysilyl)propyl] tétrasulfure silane (TESPT) commercialisé par Evonik sous la référence « Si69 » ;
(3) Noir de carbone de grade N234 commercialisé par Cabot Corporation ;
(4) N-l,3-diméthylbutyl-N-phenyl-para-phénylènediamine commercialisé par Flexys sous la référence « Santoflex 6-PPD » ;
(5) 2,2,4-triméthyl-l,2-dihydroquinoline commercialisée par la société Flexys ; (6) Oxyde de Zinc (grade industriel) commercialisé par la société Umicore ;
(7) Stéarine « Pristerene 4031 » commercialisée par la société Uniquema ;
(8) N-cyclohexyl-2-benzothiazyl-sulfénamide commercialisé par Flexys sous la référence « Santocure CBS » ;
(9) caoutchouc naturel modifié par le composé B, obtenu selon le procédé décrit au paragraphe
3.2 ;
(10) caoutchouc naturel modifié par le composé C, obtenu selon le procédé décrit au paragraphe
3.3 ;
(11) caoutchouc naturel modifié par le composé A, obtenu selon le procédé décrit au paragraphe 3.1 ;
(12) polyisoprène de synthèse modifié par le composé B, obtenu selon le procédé décrit au paragraphe 3.5 ;
(13) polyisoprène de synthèse modifié par le composé C, obtenu selon le procédé décrit au paragraphe 3.6 ;
(14) polyisoprène de synthèse modifiée par le composé A, obtenu selon le procédé décrit au paragraphe 3.4 .
5. Essai 1
Cet essai a pour objet de montrer l’amélioration compromis de performance d’une composition élastomérique comprenant du caoutchouc naturel modifié par le composé A (composition C3, selon l’invention) par rapport à une composition élastomérique témoin (composition Tl) et à deux compositions élastomériques comparatives (composition Cl et C2).
Le taux des différents constituants de ces compositions exprimés en pce, partie en poids pour cent parties en poids d’élastomère, sont présentés dans le tableau 7.
[Table 7]
Les compositions élastomériques Tl, Cl à C3 sont préparées de la manière suivante : on introduit dans un mélangeur interne « Polylab » de 85 cm3, rempli à 70 % et dont la température initiale de cuve est d’environ 100°C, le caoutchouc naturel modifié par le composé B ou modifié par le composé C ou modifié par le composé A ou le caoutchouc naturel non modifié. Ensuite, pour chacune des compositions élastomériques, on introduit la ou les charges renforçantes, l’agent de couplage de la charge avec l’élastomère diénique, puis après une à deux minutes de malaxage, les divers autres ingrédients à l’exception du système de vulcanisation. On conduit alors un travail thermomécanique (phase non-productive) en une étape, qui dure au total environ 5 à 6 minutes, jusqu’à atteindre une température maximale de tombée de 160°C. On récupère le mélange ainsi obtenu, on le refroidit puis on ajoute le système de vulcanisation (soufre et l’accélérateur type sulfénamide) sur un mélangeur externe (homo-finisseur) à 25°C, en mélangeant l’ensemble (phase productive) pendant environ 5 à 6 minutes.
Les compositions élastomériques ainsi obtenues sont ensuite calandrées sous la forme de plaques (épaisseur de 2 à 3 mm) pour la mesure de leurs propriétés physiques ou mécaniques. Les propriétés de caoutchouterie de ces compositions sont mesurées après cuisson à 150°C pendant 30 minutes. Les résultats obtenus sont portés dans le tableau 8.
[Table 8]
La composition élastomérique de l’invention C3 présente simultanément, par rapport aux compositions élastomériques témoin Tl et comparatives Cl et C2, une amélioration significative de l’indice de renforcement (MA300/M100) et une amélioration du compromis de performances résistance au roulement /rigidité (baisse de tan(ô)max à 6o c° et augmentation de G* 50% retour à 60°c) .
5. Essai 2
Cet essai a pour objet de montrer l’amélioration compromis de performance d’une composition élastomérique comprenant un polyisoprène de synthèse modifié par le composé A (composition C6 selon l’invention) par rapport à une composition élastomérique témoin (composition T2) et à deux compositions élastomériques comparatives (composition C4 et C5).
Le taux des différents constituants de ces compositions élastomériques exprimés en pce, partie en poids pour cent parties en poids d’élastomère, sont présentés dans le tableau 9.
[Table 9]
Les compositions élastomériques T2, C4 à C6 sont préparées selon le procédé décrit ci-dessus pour les compositions élastomériques Tl, Cl à C3.
Les propriétés de caoutchouterie de ces compositions élastomériques sont mesurées après cuisson à 150°C pendant 30 minutes. Les résultats obtenus sont portés dans le tableau 10. [Table 10]
La composition élastomérique de l’invention C6 présente simultanément, par rapport aux compositions élastomériques témoin T2 et comparatives C4 et C5 une amélioration significative de l’indice de renforcement (MA300/M100) et une amélioration du compromis de performances résistance au roulement /rigidité (baisse de tan(ô)max à ÔO c° et augmentation de G* 50% retour à 60°c).

Claims

Revendications Polymère comprenant une ou plusieurs unités diéniques et portant le long de la chaîne polymère principale un ou plusieurs groupes pendants de formule (I) suivante : [Chem 28] dans laquelle :
- D représente un groupe de rattachement à la chaîne polymère principale ;
- Ri représente un groupement chimique choisi dans le groupe constitué par -OCH3, -OCH2CH3 et -OR3;
- R2 représente un groupement chimique choisi dans le groupe constitué par -OCH3 et -OR3; à la condition que Ri ou R2 soit -OR3 ;
- R3 représente un groupement chimique de formule (II) [Chem 29] o dans laquelle E représente un groupe hydrocarboné divalent en Cl -Cl 2 comprenant éventuellement un ou plusieurs hétéroatomes ; o Xi, X2, X3, identiques ou différents, représentent un atome d’hydrogène, un alkyle en C1-C6 ou un aryle en C6-C14 ; o le symbole * représente le rattachement du groupement chimique de formule (II) à l’atome d’oxygène. Polymère selon la revendication 1, dans lequel les groupes pendants sont répartis le long de la chaîne polymère principale de façon aléatoire.
45 Polymère selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le taux de molaire des groupes pendants de formule (I) est compris dans un domaine allant de 0,05 % à 15 %, de préférence de 0,05 % à 10 %, plus préférentiellement de 0,07 % à 5 %. Polymère selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le polymère est un élastomère diénique. Polymère selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le polymère est choisi dans le groupe des élastomères constitué par les copolymères d’éthylène- propylène-monomère diène, les caoutchoucs butyle, le caoutchouc naturel, les polyisoprènes de synthèse, les polybutadiènes, les copolymères de butadiène, les copolymères d’isoprène et les mélanges de ces élastomères. Polymère selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel Ri représente un groupement chimique choisi dans le groupe constitué par -OCH3 et - OCH2CH3 ; et R2 est -OR3. Polymère selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel E représente un alcanediyle en Cl -Cl 2, de préférence un alcanediyle en Cl -CIO, plus préférentiellement un alcanediyle en C1-C9, de préférence E est choisi dans le groupe constitué par le méthanediyle, l’éthanediyle et le propanediyle. Polymère selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel Xi, X2, X3, identiques ou différents, sont choisis dans le groupe constitué par l’atome d’hydrogène, les alkyles en CI-CÔ et le phényle. Polymère selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les Xi, X2, X3, identiques, sont un atome d’hydrogène. Polymère selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le groupe pendant de formule (I) est le groupe pendant de formule (lal) [Chem 30] Polymère selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le groupe de rattachement D résulte de la réaction d’une fonction oxyde de nitrile avec une unité diénique du polymère.
12. Procédé de préparation d’un polymère par modification d’un polymère diénique initial, ledit procédé comprenant une étape de greffage sur ledit polymère diénique par un composé dont est issu le groupe pendant de formule (I) tel que défini à l’une quelconque des revendication 1 à 10. 13. Composition élastomérique à base d’au moins un polymère défini à l’une quelconque des revendications 1 à 11 ou d’un polymère susceptible d’être obtenu par un procédé selon la revendication 12, d’au moins une charge renforçante et d’au moins un agent de réticulation.
14. Article semi-fini pour pneumatique comprenant au moins un polymère défini à l’une quelconque des revendications 1 à 11 ou d’un polymère susceptible d’être obtenu par un procédé selon la revendication 12 ou une composition selon la revendication 13.
15. Pneumatique comprenant au moins un polymère défini à l’une quelconque des revendications 1 à 11 ou d’un polymère susceptible d’être obtenu par un procédé selon la revendication 12 ou comprenant au moins une composition élastomérique définie à la revendication 13 ou au moins un article semi-fini pour pneumatique défini à la revendication 14.
47
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